经典力学与现代物理专题

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经典力学与现代物理专题

一、经典力学的成就与局限性

（一） 经典力学的建立

1、牛顿之前做出贡献的科学家：

①伽利略 意大利（1564 ～ 1642年）力学方面的主要成就，自由落体运动规律、力学相对性原理。

②笛卡儿 法国（1596～1650年）力学方面的主要成就，惯性定律。

③惠更斯 荷兰（1629 ～ 1695年）力学方面的主要成就, 制成了世界上第一架计时摆钟，

测量出重力加速度的值.

（它们的重大贡献，互不联系甚至彼此矛盾，天体与地面运动被截然分开）

2、牛顿时代：牛顿(1642-1727)在前人工作的基础上，通过对质量、加速度、力等概念进行严格定义，利用数学方法将散乱的力学知识以简炼的表达式加以阐明，于1687年发表了不朽名著《自然哲学的数学原理》，（三大运动定律、万有引力定律）标志着物理学成为一门成熟的自然科学。

完成于18世纪的两大验证(1736地球形状的验证和1758年哈雷慧星的回归)彻底消除了人们对牛顿理论的怀疑，意味着经典力学体系的完满建立。

（二） 经典力学的伟大成就．

(1)经典力学把天上物体和地上物体统一起来，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合．

(2)使人们认识到了以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论的基本特征．

(3)建立了以实验和数学相结合的研究方法．

(4)推动了其他学科的发展，与其他学科相结合产生了一些交叉性的分支学科．

（三）经典力学的局限性和适用范围

1．经典力学的局限性．

(1)经典力学不适用于研究高速运动(接近光速)的物体．

(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象．

2．适用范围：经典力学只适用于低速运动的宏观物体．

二、经典时空观与相对论时空观

（一）经典时空观

1．惯性系与非惯性系

(1)惯性系：牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系定义：

(2)非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系．

2．伽利略的相对性原理

概述：对于所有的惯性系,力学规律是相同的,或者说一切惯性系都是等效的．

3．经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变．

4．经典时空观的几个具体结论：

(1)同时的绝对性； (2) 时间间隔的绝对性； (3) 空间距离的绝对性；

(4)物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．

（二）、相对论时空观

1．狭义相对论的两个假设

(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都相同——相对性原理．

(2)不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同——光速不变原理．

这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础． 2

2．狭义相对论的几个结论

(1)同时是相对：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的．

① 火车静止时，车上的小明和站台上的小芳都观察到前后两个车门同时打开。光源发出的光同时到达A、B两点。

②火车运动时，站台上的小芳观察到：后门先开，前门后开。火车上的观测者说:光源在AB的中点,应同时到达A、B两点,地面上的人看见先到达B点，后到A点。

(2)运动的时钟变慢；时钟相对于观察者静时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢，运动速度越快，效果越明显．

(3)运动的尺子缩短；物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩的越短．

(4)物体质量随速度的增加而增大．当速度接近光速时，质量趋于无穷大。如果物体的运动速度比光速小得多时，物体运动时的质量与物体静止时的质量相等。

相对时间：021ttvc 相对距离：201vLLcg 相对质量：021mmvc

（4）两种时空观的比较

经典时空观 相对论时空观

只要结论 同时的绝对性 同时的性对性

时间间隔的绝对性 运动的时钟变慢

空间距离的绝对性 运动的尺子变短

质量不变 质量随速度的增大而增大

只要内容 时间和空间彼此独立、互不关联且不受

物质或运动的影响 时间和空间相互关联，质量随物体

的运动状态的改变而改变

题型一：对经典力学及现代物理做出贡献的科学家及事实

1、下列哪些人在经典力学的建立过程中做出贡献（ ）

①牛顿 ②普朗克 ③惠更斯 ④爱因斯坦 ⑤伽利略

A．①②⑤ B．①③⑤ C．③④⑤ D．②③④

2、下列哪些人在近代物理的建立过程中做出贡献（ ）

①牛顿 ②普朗克 ③惠更斯 ④爱因斯坦 ⑤哥白尼

A．①② B．②③ C．③④ D．②④

题型二：经典力学的局限性和适用范围

3.(双选)19世纪和20世纪之交，经典物理学已达到了完整、成熟的阶段，但“在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云”,人们发现了经典物理学也有无法解释的实验事实,“两朵乌云”是指( )

A．宏观问题 B．高速问题 C．微观问题 D．低速问题 3

4、 (双选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( )

A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论

B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的

C．经典力学与相对论是相互矛盾的一对理论

D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律

5、下列说法中正确的是( )

A．经典力学适用于任何情况下的任何物体 B．狭义相对论否定了经典力学

C．在很多特定情况下，经典力学与相对论是统一的 D.万有引力定律也适用于强相互作用力

6．关于经典力学和相对论，下列说法正确的是( )

A．经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容

B．相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的

C．相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系

D．经典力学包含在相对论之中，经典力学是相对论的特例

7．(双选)下列说法中正确的是( )

A．经典力学是以牛顿的三大定律为基础的

B．经典力学在任何情况下都适用

C．当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了

D．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义

8．关于绝对时空观，下列说法正确的是( D )

A．时间间隔是相对的 B．空间距离是相对的

C．同时是相对的 D．物体的质量是绝对的

9．(双选)关于经典力学和相对论的关系( )

A．相对论是对经典力学的否定 B．经典力学可以认为是相对论的一个特例

C．经典力学是相对论在低速情况下的近似 D．相对论是在经典力学基础上的推论

10．高速运动的物体，其质量随速度变化的情况是( )

A．速度越大，质量越大 B．速度越大，质量越小

C．质量与速度无关 D．条件不足，无法确定

11．(双选)以下运动服从经典力学规律的是( )

A．天体的运动 B．大气、地壳的运动

C．电子绕原子核的运动 D．光子的运动

12．在下列观点中不符合爱因斯坦相对论的是( )

A．任何事件所经历的时间在不同参考系中都是相同的 B．物体质量随速度的增大而增大

C．运动的尺子沿运动方向缩短了 D．运动的时钟要比静止的时钟走得慢

13．(双选)下列说法中符合相对论时空观的是( )

A．在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来可能是不同时的

B．一个物体相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，物体的长度要缩短

C．物体的质量是恒定不变的

D．在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来也是同时的

题型三、狭义相对论的两个基本假设

1、(单选)(2010年高考北京卷)属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )

A．真空中光速不变 B．时间间隔具有相对性

C．物体的质量不变 D．物体的能量与质量成正比 4

2．(单选)如图5－1－1所示，世界上有各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟、生物钟，既然运动可以使某一种钟变慢．它一定会使所有的钟都一样变慢．这种说法是 ( )

A．对的，对各种钟的影响必须相同

B．不对，不一定对所有钟的影响都一样

C．光钟受影响最大

D．生物钟不受影响

（根据爱因斯坦相对论钟慢效应可知，若钟与观察者有相对运动，所有的钟都变慢，而且变慢程度相同，这个结论与钟的构造、原理无关，故A正确，BCD错误．故选：A）

3、(2017江苏）(1)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有( )

(A)飞船上的人观测到飞船上的钟较快 (B)飞船上的人观测到飞船上的钟较慢

(C)地球上的人观测到地球上的钟较快 (D)地球上的人观测到地球上的钟较慢

（AB、飞船上的人是以飞船为参考系，故地球是高速运动的，根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，飞船上的人观测到地球上的钟较慢，即飞船上的人观测到飞船上的钟较快，故A正确，B错误；

CD、地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，同样根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，飞船上的钟较慢，故地球上的人观测到地球上的钟较快，故C正确，D错误；

故选：AC）

题型四、相对论效应

4、(单选)在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( )

A．运动中的物体无法称量质量 B．物体的速度远小于光速，质量变化极小

C．物体的质量太小 D．物体的质量不随速度的变化而变化

5.地面上A、B两个事件同时发生．对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说(如图)，哪个事件先发生？

提示：可以设想在事件A发生时A处发出一个闪光，事件B发生时B处发出一个闪光．“两闪光相遇”作为－个事件，发生在线段AB的中点，这在不同参考系中看都是一样的．“相遇在中点”这个现象在地面系中很容易解释：两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度又一样，当然在线段的中点相遇，火箭上的人则有如下推理：地面在向火箭方向运动，从闪光发生到两闪光相撞，线段中点向火箭的方向运动了－段距离，因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的光速相同，－定是闪光B发出得早一些．) 点评：不管选哪个参考系，从A、B发出的光都是同时到达AB连线的中点，但以火箭为参考系，AB的中点是向火箭运动的，故从火箭上观察，光B到中点路程长，时间长．