第8.1節(jié) 牛頓力學(xué)的局限性（原卷版）

第八章牛頓力學(xué)的局限性與相對論初步8.1牛頓力學(xué)的局限性??目標(biāo)導(dǎo)航學(xué)問要點難易度1.牛頓力學(xué)不能解釋：不能超過c、以太不存在、電子能級、強引力場2.牛頓力學(xué)適用范圍：宏觀、低速、弱引力場3.相對論沒有完全否定牛頓力學(xué)★★★★??學(xué)問精講一、牛頓力學(xué)局限性1.牛頓力學(xué)無法解釋的現(xiàn)象(1)粒子加速不行能超過光速按牛頓力學(xué)計算，質(zhì)子質(zhì)量為1.67×10-27kg，當(dāng)把一個質(zhì)子能量加速到1.6×10-10J時，速度=1.46c>c，這和試驗觀看不相符。通常用γ因子來描述高速粒子的性質(zhì)：當(dāng)粒子的速度很小時，γ≈1；當(dāng)粒子的速度接近光速時，伽馬因子會趨近于無窮大，說明質(zhì)量無限增加。(2)以太不存在按牛頓力學(xué)，光的傳播需要一種叫以太的介質(zhì)，布滿宇宙空間，但邁克耳孫莫雷試驗證明不存在。(3)電子的能級電子在原子核正電荷的庫侖力作用下繞核運轉(zhuǎn)，其軌道半徑是連續(xù)的；無法解釋電子軌道能級量子化，原子光譜，激光等。(4)強引力場的天體運動一個質(zhì)量為m，半徑為R的天體，其引力場的強弱通常用引力常數(shù)，引力常數(shù)越小引力場越弱。地球的引力常數(shù)約為10-9，太陽引力常數(shù)約為10-6，而對于中子星，這個值約為10-1，黑洞則接近于1。牛頓力學(xué)在弱引力場天體運動方面取得了很大的成功，但無法正確描述強引力場天體的運動。2.牛頓力學(xué)局限性：牛頓力學(xué)的適用范圍是低速宏觀物體。(1)低速運動。當(dāng)物體以接近光速運動時，有些與牛頓力學(xué)的結(jié)論不相同。(2)宏觀物體的運動。電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運動不能用牛頓力學(xué)來說明。(3)弱引力場。中子星、黑洞不能用牛頓力學(xué)描述。3.牛頓力學(xué)沒有被相對論完全否定，當(dāng)物體運動的速度遠小于光速c時，相對論與牛頓力學(xué)沒有區(qū)分。例1.下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的說法正確的是()A.經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速(遠小于光速)運動的物體B.經(jīng)典力學(xué)適用于微觀、高速(接近光速)運動的粒子C.相對論和量子力學(xué)的消滅，表明經(jīng)典力學(xué)已被完全否定了D.經(jīng)典力學(xué)在理論和實踐上取得了巨大的成功，從地面到天體的運動都聽從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律，因此任何狀況下都適用??鞏固練習(xí)1.下列運動中不能用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律描述的是()A.子彈的飛行 B.和諧號從深圳向廣州奔馳C.人造衛(wèi)星繞地球運動 D.粒子接近光速的運動2.下列物理現(xiàn)象中，哪些可以在牛頓力學(xué)的框架下得到解釋？哪些不能在牛頓力學(xué)的框架下得到解釋？試簡述理由。(1)地球繞太陽公轉(zhuǎn)；(2)量子通信；(3)引力波；(4)加速器中高能粒子的運動；(5)激光；(6)電子的軌道運動：(7)水星的軌道進動；(8)黑體輻射的能量分布3.(多選)下列運動中經(jīng)典力學(xué)規(guī)律適用的是()A.子彈的飛行 B.飛船繞地球的運行C.列車的運行 D.粒子接近光速的運動4.計算下表中物體運動速度的γ因子：運動物體步行的人奔跑中的運動員高鐵衛(wèi)星從地球逃逸的衛(wèi)星加速器中的高能粒子速度5km/h10m/s300km/h3.08km/s11.2km/s0.9999c5.北京正負電子對撞機是我國第一臺高能加速器，可以將電子能量加速到3.52×10-10J(2.2GeV)。依據(jù)牛頓力學(xué)，這個電子的速度是多大？這種狀況下，牛頓力學(xué)是否適用？為什么？6.對于質(zhì)量為1.4倍太陽質(zhì)量、半徑與地球相同的白矮星，計算它的引力常數(shù)，牛頓力學(xué)可以正確描寫白矮星的運動嗎？簡述理由。(太陽