第6课时经典力学的局限性
【学习目标】
1.了解经典力学的发展历程和伟大成就。
2.认识经典力学的局限性和适用范围。
3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象。
4.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。
【知识要点】
1.经典力学的基础是,更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬。牛顿运动定律和万有引力定律在、、弱引力的广阔区域取得了巨大的成就。
2.狭义相对论阐述物体以接近的速度运动时所遵从的规律。
3.在经典力学中,物体的质量是不随运动状态而改变的;而狭义相对论指出,物体质量是随着运动速度增大而的,即存在公式m=。
4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关,相对论认为,同一过程的位移和时间的测量与参考系有关,在不同的参考系中不同。
5.经典力学的适用范围:只适用于运动,不适用于高速运动;只适用于世界,不适用于微观世界。
6.20世纪20年代,建立了量子力学,它正确描述了微观粒子的运动规律,并在现代科学技术中发挥了重要作用;爱因斯坦的广义相对论说明,在强引力的作用下,牛顿的引力理论将不再适用;相对论和量子力学都没有否定经典力学,而是认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形。
【课堂探究】
1.经典力学是不是完全错误的,没有任何价值的?
2.相对论与量子力学的出现是否否定了经典力学?
3.相对论中什么样的速度才能称之为“高速”?
4.经典力学的局限性
问题:阅读课本“经典力学的局限性”的内容,回答下列问题。
(1)总结经典力学有哪些局限性,它的适用范围是什么?
(2)以牛顿运动定律为基础的经典力学,在科学研究和生产技术中有哪些应用?
5.爱因斯坦的狭义相对论
问题:根据爱因斯坦的狭义相对论知,质量要随着物体的速度增大而增大,即m=。请讨论:如果你使一个物体不断地加速,它的速度会增大到等于光速甚至大于光速吗?为什么?
【针对训练】
1.下列说法正确的是( )。
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.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D.万有引力定律也适用于强相互作用力
2.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.经典力学包含于相对论之中,经典力学是相对论的特例
3.继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后,牛顿站在巨人的肩膀
上,创立了经典力学,揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律;爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足,又进一步发展了牛顿的经典力学,创立了相对论,这说明( )。
A.世界无限扩大,人不可能认识世界,只能认识一部分
B.人的意识有能动性,能够正确地反映客观世界
C.人们对世界的每一个正确认识都有局限性,需要发展和深化
D.每一个认识都可能被后人推翻,人不可能获得正确的认识
4.在粒子对撞机中,有一个电子经过高压加速,速度达到光速的0.5倍。试求此时电子的质量为静止时的多少倍。
【巩固提升】
1.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.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D.万有引力定律也适用于强相互作用力
2.(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.不同领域的事物各有其本质与规律
D.人类已掌握不同事物的本质
F A B C 一.例题 1.如右图所示,小木块放在倾角为α的斜面上,它受到一个水平向右的力F(F≠0) 的作用下 处于静止状态,以竖直向上为y 轴的正方向,则小木块受到斜面的支持力 摩擦力的合力的方向可能是( ) A.沿y 轴正方向 B.向右上方,与y 轴夹角小于α C.向左上方,与y 轴夹角小于α D.向左上方,与y 轴夹角大于α 2.如图示,物体B 叠放在物体A 上,A 、B 的质量均为m ,且上下表面均与斜面平行,它们以共同的速度沿倾角为θ的固定斜面C 匀速下滑。则:( ) A 、A 、 B 间没有摩擦力 B 、A 受到B 的静摩擦力方向沿斜面向下 C 、A 受到斜面的滑动摩擦力大小为mgsin θ D 、A 与斜面间的动摩擦因数μ=tan θ 3.如图所示,光滑固定斜面C 倾角为θ,质量均为m 的A 、B 一起以某一初速靠惯性 沿斜面向上做匀减速运动,已知A 上表面是水平的。则( ) A .A 受到B 的摩擦力水平向右,B.A 受到B 的摩擦力水平向左, C .A 、B 之间的摩擦力为零 D.A 、B 之间的摩擦力为mgsin θcos θ 4年重庆市第一轮复习第三次月考卷 6.物体A 、B 叠放在斜面体C 上,物体B 上表面水平,如图所示,在水平力F 的作用下一起随斜面向左匀加速运动的过程中,物体A 、B 相对静止,设物体A 受摩擦力为f 1,水平地面给斜面体C 的摩擦为f 2(f 2≠0),则:( ) A .f 1=0 B .f 2水平向左 C .f 1水平向左 D .f 2水平向右 22、如图是举重运动员小宇自制的训练器械,轻杆AB 长1.5m ,可绕固定点O 在竖直平面内自由转动,A 端用细绳通过滑轮悬挂着体积为0.015m3的沙袋,其中OA=1m ,在B 端施加竖直向上600N 的作用力时,轻杆AB 在水平位置平衡,试求沙子的密度.(g 取10N /kg ,装沙的袋子体积和质量、绳重及摩擦不计) B θ C A
6.6 经典力学的局限性 【学习目标】 知识与技能 1、知道牛顿运动定律的适用范围。 2、了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。 3、知道质量与速度的关系,知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。 过程与方法 通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性,新的理论会不断完善和补充旧的理 论,人类对科学的认识是无止境的。 情感、态度与价值观 通过对牛顿力学适用范围的讨论,使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用 范围,认识的知识的变化性和无穷性,培养献身于科学的时代精神。 【学习重点】 牛顿运动定律的适用范围 【学习难点】 高速运动的物体,速度和质量之间的关系 【学习课时】 1课时 【探究学习】 引入新课 教师活动:自从17世纪以来,以牛顿定律为基础的经典力学不断发展,取得了巨大 的成就,经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用,从而证明了牛顿运动定律 的正确性。 但是,经典力学也不是万能的,向其它科学一样,它也有一定的适用范围,有自己的局 限性。那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这 方面的知识。 进行新课 教师活动:请同学们阅读课文,阅读时考虑下列问题[用投影片出示]: 1、经典力学取得了哪些辉煌的成就?举例说明。 2、经典力学在哪些领域不能适用?能说出为什么吗?举例说明。 3、经典力学的适用范围是什么?自己概括一下。 4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学?应该怎样认
识? 5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”? 学生活动:阅读教材,并思考上面的问题。分组讨论,代表发言。 点评:________________________________________________________________________________ 教师活动:待学生阅读教材后,倾听学生代表的发言,和其他学生一起点评、补充。 点评:________________________________________________________________________________ [学生A ]经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用;在不同参考系中不能适用; 在强引力的情况下,经典的引力理论也是不适用的。 [学生B]因为微观粒子(如电子、质子、中子)在运动时不仅具有粒子性,而且还具有波动性,经典力学不能说明这种现象,所以它不再适用,同时在高速运动领域,由于物体运动速度太快,要导致质量发生变化,而经典力学认为质量是不变的,所以经典力学在高速运动领域内也不再适用[学生C「从上面分析知:牛顿运动定律的适用范围是:宏观物体,低速运动。 教师总结: 从经典力学到相对论的发展 以牛顿运动定律为基础的经典力学中,空间间隔(长度)s、时间t和质量m这三个 物理量都与物体的运动速度无关?一根尺子静止时这样长,当它运动时还是这样长;一分 钟不论处于静止状态还是处于运动状态,其快慢保持不变;一个物体静止时的质量和运动时的质量一样?这就是经典力学的绝对时空观? 到了19世纪末,面对高速运动的微观粒子发生的现象,经典力学遇到了困难?在新事 物面前,爱因斯坦打破了传统的时空观,于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》 的论文,提出了狭义相对性原理和光速不变原理,创建了狭义相对论?狭义相对论指出: 长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的?长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式: I=|o{l_爲(通称尺缩效应)
力学实验题集粹(30个) 1.(1)用螺旋测微器测量某金属丝的直径,测量读数为0.515mm,则此时测微器的可动刻度上的A、B、C刻度线(见图1-55)所对应的刻度值依次是________、________、________. 图1-55 (2)某同学用50分度游标卡尺测量某个长度L时,观察到游标尺上最后一个刻度刚好与主尺上的6.2cm刻度线对齐,则被测量L=________cm.此时游标尺上的第30条刻度线所对应的主尺刻度值为________cm.2.有一个同学用如下方法测定动摩擦因数:用同种材料做成的AB、BD平面(如图1-56所示),AB面为一斜面,高为h、长为L1.BD是一足够长的水平面,两面在B点接触良好且为弧形,现让质量为m的小物块从A点由静止开始滑下,到达B点后顺利进入水平面,最后滑到C点而停止,并测量出BC=L2,小物块与两个平面的动摩擦因数相同,由以上数据可以求出物体与平面间的动摩擦因数μ=________. 图1-56 3.在利用自由落体来验证机械能守恒定律的实验中,所用的打点计时器的交流电源的频率为50Hz,每4个点之间的时间间隔为一个计时单位,记为T.在一次测量中,(用直尺)依次测量并记录下第4点、第7点、第10点、第13点及模糊不清的第1点的位置,用这些数据算出各点到模糊的第1点的距离分别为d1=1.80cm、d2=7.10cm、d3=15.80cm、d4=28.10cm.要求由上述数据求出落体通过与第7点、第10点相应位置时的即时速度v1、v2.注意,纸带上初始的几点很不清楚,很可能第1点不是物体开始下落时所打的点.v1、v2的计算公式分别是:v1=________,v2=________,它们的数值大小分别是v1=________,v2=________.4.某同学在测定匀变速运动的加速度时,得到了几条较为理想的纸带,已在每条纸带上每5个打点取好一个计数点,即两计数之间的时间间隔为0.1s,依打点先后编为0,1,2,3,4,5.由于不小心,纸带被撕断了,如图1-57所示,请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答(填字母) 图1-57 (1)在B、C、D三段纸带中选出从纸带A上撕下的那段应该是________. (2)打A纸带时,物体的加速度大小是________m/s2. 5.有几个登山运动员登上一无名高峰,但不知此峰的高度,他们想迅速估测出高峰的海拔高度,但是他们只带了一些轻质绳子、小刀、小钢卷尺、可当作秒表用的手表和一些食品,附近还有石子、树木等.其中一个人根据物理知识很快就测出了海拔高度.请写出测量方法,需记录的数据,推导出计算高峰的海拔高度的计算式.6.如图1-58中A、B、C、D、E、F、G为均匀介质中一条直线上的点,相邻两点间的距离都是1cm,如果波沿它们所在的直线由A向G传播,已知波峰从A传至G需要0.5s,且只要B点振动方向向上,D点振动方向就向下,则这列波的波长为________cm,这列波的频率为________Hz.
4.4力学单位制同步练习 一、选择题 1.下列关于单位制及其应用的说法中错误的是() A.基本单位和导出单位一起组成了单位制 B.选用的基本单位不同,构成的单位制也不同 C.基本单位采用国际单位制中的单位,其导出单位不一定是国际单位制中的单位 D.物理公式可以确定物理量间的数量关系,也可以确定物理量间的单位关系 2.(2011年盐城高一检测)国际单位制中规定,力学量所选用的基本量是() A.长度、力、时间B.长度、质量、时间 C.长度、力、质量、时间D.速度、加速度、力 3.(2011年扬州高一检测)下列各组属于国际单位制的基本单位的是() A.质量、长度、时间B.力、时间、位移 C.千克、米、秒D.牛顿、克、米 4.(2011年泰安高一检测)下列说法中,正确的是() A.在力学单位制中,若采用cm、g、s作为基本单位,力的单位是N B.在力学单位制中,若力的单位是N,则是采用m、kg、s为基本单位C.牛顿是国际单位制中的一个基本单位 D.牛顿是力学单位制中采用国际单位的一个导出单位 5.测量国际单位制规定的三个力学基本物理量分别可用的仪器是下列哪一组() A.米尺、弹簧测力计、秒表 B.米尺、测力计、打点计时器 C.量筒、天平、秒表 D.米尺、天平、秒表 6.质量为400 g的物体,测得它的加速度为a=40 cm/s2,则关于它所受的合力的大小及单位,下列选项正确的是() A.F=ma=400×40=16000 N
B.F=ma=0.4×0.4 N=0.16 N C.F=ma=0.4 kg×0.4=0.16 N D.F=ma=0.4 kg×0.4 m/s2=0.16 N 7.在解一道文字计算题中(由字母表达结果的计算题),一个同学解得x= F 2m (t1+t2),用单位制的方法检查,这个结果() A.可能是正确的 B.一定是错误的 C.如果用国际单位制,结果可能正确 D.用国际单位制,结果错误,如果用其他单位制,结果可能正确 8.在研究匀变速直线运动的实验中,取计数时间间隔为0.1 s,测得相邻相等时间间隔的位移差的平均值Δx=1.2 cm,若还测出小车的质量为500 g,则关于加速度、合力大小及单位,既正确又符合一般运算要求的是() A.a=1.2 0.12m/s 2=120 m/s2 B.a=1.2×10-2 0.12m/s 2=1.2 m/s2 C.F=500×1.2 N=600 N D.F=0.5×1.2 N=0.60 N 二、非选择题 9.物理公式在确定物理量关系的同时,也确定了物理量的单位关系.下面给出的关系式中,l是长度,v是速度,m是质量,g是重力加速度,这些量的单位都用国际单位制中的单位.试判断下列表达式的单位,并指出这些单位所对应的物理量的名称. (1) l g,单位________,物理量名称________. (2)v2 l,单位________,物理量名称________. (3)m v2 l,单位________,物理量名称________. 10.火车正加速运动,在车厢中有一个装置如图4-4-2所示,该小球与光
高中物理力学计算题汇总经典精解(50题) 1.如图1-73所示,质量M=10kg的木楔ABC静止置于粗糙水平地面上,摩擦因素μ=0.02.在木楔的倾角θ为30°的斜面上,有一质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑.当滑行路程s=1.4m时,其速度v=1.4m/s.在这过程中木楔没有动.求地面对木楔的摩擦力的大小和方向.(重力加速度取g=10/m·s2) 图1-73 2.某航空公司的一架客机,在正常航线上作水平飞行时,由于突然受到强大垂直气流的作用,使飞机在10s内高度下降1700m造成众多乘客和机组人员的伤害事故,如果只研究飞机在竖直方向上的运动,且假定这一运动是匀变速直线运动.试计算:(1)飞机在竖直方向上产生的加速度多大?方向怎样? (2)乘客所系安全带必须提供相当于乘客体重多少倍的竖直拉力,才能使乘客不脱离座椅?(g取10m/s2) (3)未系安全带的乘客,相对于机舱将向什么方向运动?最可能受到伤害的是人体的什么部位? (注:飞机上乘客所系的安全带是固定连结在飞机座椅和乘客腰部的较宽的带子,它使乘客与飞机座椅连为一体) 3.宇航员在月球上自高h处以初速度v0水平抛出一小球,测出水平射程为L(地面平坦),已知月球半径为R,若在月球上发射一颗月球的卫星,它在月球表面附近环绕月球运行的周期是多少? 4.把一个质量是2kg的物块放在水平面上,用12N的水平拉力使物体从静止开始运动,物块与水平面的动摩擦因数为0.2,物块运动2秒末撤去拉力,g取10m/s2.求 (1)2秒末物块的即时速度. (2)此后物块在水平面上还能滑行的最大距离. 5.如图1-74所示,一个人用与水平方向成θ=30°角的斜向下的推力F推一个重G=200N的箱子匀速前进,箱子与地面间的动摩擦因数为μ=0.40(g=10m/s2).求 图1-74 (1)推力F的大小. (2)若人不改变推力F的大小,只把力的方向变为水平去推这个静止的箱子,推力作用时间t=3.0s后撤去,箱子最远运动多长距离? 6.一网球运动员在离开网的距离为12m处沿水平方向发球,发球高度为2.4m,网的高度为0.9m. (1)若网球在网上0.1m处越过,求网球的初速度. (2)若按上述初速度发球,求该网球落地点到网的距离. 取g=10/m·s2,不考虑空气阻力. 7.在光滑的水平面内,一质量m=1kg的质点以速度v0=10m/s沿x轴正方向运动,经过原点后受一沿y轴正方向的恒力F=5N作用,直线OA与x轴成37°角,如图1-70所示,求:
第六节经典力学的局限性 1.经典力学的基础是________________,牛顿运动定律和万有引力定律在________、________、__________的广阔领域,包括______________的研究中,经受了实践的检验,取得了巨大的成就. 2.狭义相对论阐述物体在以________________运动时所遵从的规律. 3.在经典力学中,物体的质量是________的,而狭义相对论指出,质量要随着物体运动 速度的增大而__________,即m=________________,两者在________________的条件下是统一的. 4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系________,相对论认为,同一过程的位移和 时间的测量与参考系________,在不同的参考系中________. 5.19世纪末20世纪初,物理学研究深入到微观世界,发现了电子、质子、中子等微观 粒子,而且发现它们不仅具有__________,同时还具有__________.20世纪20年代,______________建立,它能够很好地描述微观粒子运动的规律性,并在现代科学技术中发挥了重要作用. 6.经典力学的适用范围:只适用于__________运动,不适用于________运动;只适用于 ________世界,不适用于________世界. 7.1915年,爱因斯坦创立了广义相对论,这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下,牛顿引力理论__________.当物体的运动速度远小于光速c(3×108m/s)时,相对论物理学与经典物理学的结论____________;当另一个重要常数即“普朗克常 量”(6.63×10-34J·s)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论____________.
1.关于重力的说法,正确的是( )A.重力就是地球对物体的吸引力B.只有静止的物体才受到重力 C.同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 2.下列说法正确的是( )A.马拉车前进,马先对车施力,车后对马施力,否则车就不能前进 B.因为力是物体对物体的作用,所以相互作用的物体一定接触 C.作用在物体上的力,不论作用点在什么位置,产生的效果均相同D.某施力物体同时也一定是受力物体 3.下列说法中正确的是()A.射出枪口的子弹,能打到很远的距离,是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用B.甲用力把乙推倒说明甲对乙有力的作用,乙对甲没有力的作用 C.只有有生命或有动力的物体才会施力,无生命或无动力的物体只会受到力,不会施力 D.任何一个物体,一定既是受力物体,也是施力物体 4.下列说法正确的是( )A.力是由施力物体产生,被受力物体所接受的 B.由磁铁间有相互作用力可知,力可以离开物体而独立存在 C.一个力必定联系着两个物体,其中任意一个物体既是受力物体又是施力物体 D.一个受力物体可以对应着一个以上的施力物体 5.铅球放在水平地面上处于静止状态,下列关于铅球和地面受力的叙述正确的是( ) A.地面受到向下的弹力是因为地面发生了弹性形变;铅球坚硬没发生形变 B.地面受到向下的弹力是因为地面发生了弹性形变;铅球受到向上的弹力,是因为铅球也发生了形变 C.地面受到向下的弹力是因为铅球发生了弹性形变;铅球受到向上的弹力,是因为地面发生了形变 D.铅球对地面的压力即为铅球的重力 6.有关矢量和标量的说法中正确的是( )A.凡是既有大小又有方向的物理量都叫矢量 B.矢量的大小可直接相加,矢量的方向应遵守平行四边形定则 C.速度是矢量,但速度不能按平行四边形定则求合速度,因为物体不能同时向两个方向运动 D.只用大小就可以完整描述的物理量是标量 7.关于弹力的下列说法中,正确的是( )A.①②B.①③ C.②③ D.
F 高中物理经典力学练习题 1.一架梯子靠在光滑的竖直墙壁上,下端放在水平的粗糙地面上,有关梯子的受力情况,下 列描述正确的是 ( ) A .受两个竖直的力,一个水平的力 B .受一个竖直的力,两个水平的力 C .受两个竖直的力,两个水平的力 D .受三个竖直的力,三个水平的力 2.如图所示, 用绳索将重球挂在墙上,不考虑墙的摩擦。如果把绳的长度 增加一些,则球对绳的拉力F 1和球对墙的压力F 2的变化情况是( ) A .F 1增大,F 2减小 B .F 1减小,F 2增大 C .F 1和F 2都减小 D .F 1和F 2都增大 3.如图所示,物体A 和B 一起沿斜面匀速下滑,则物体A 受到的力是( ) A .重力, B 对A 的支持力 B .重力,B 对A 的支持力、下滑力 C .重力,B 对A 的支持力、摩擦力 D .重力,B 对A 的支持力、摩擦力、下滑力 4.如图所示,在水平力F 的作用下,重为G 的物体保持沿竖直墙壁匀速下滑, 物体与墙之间的动摩擦因数为μ,物体所受摩擦力大小为:( ) A .μF B .μ(F+G) C .μ(F -G) D .G 5.如图,质量为m 的物体放在水平地面上,受到斜向上的拉力F 的作用而没动, 则 ( ) A 、物体对地面的压力等于mg B 、地面对物体的支持力等于F sin θ C 、物体对地面的压力小于mg D 、物体所受摩擦力与拉力F 的合力方向竖直向上 6.如图所示,在倾角为θ的斜面上,放一质量为m 的光滑小球,小球被竖直挡板挡住,则球对挡板的压力为( ) A.mgco s θ B. mgtan θ C. mg/cos θ D. mg 7.如图所示,质量为50kg 的某同学站在升降机中的磅秤上,某一时刻该同学发现磅秤的示数为40kg ,则在该时刻升降机可能是以下列哪种方式运动?( ) A.匀速上升 B.加速上升 C.减速上升 D.减 速下降 8. 如图所示,用绳跨过定滑轮牵引小船,设水的阻力不变,则在小船匀速 靠岸的过程中( ) A. 绳子的拉力不断增大 B. 绳子的拉力不变 C. 船所受浮力增大 D. 船所受浮力变小 9.如图所示,两木块的质量分别为m 1和m 2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k 1 和k 2,上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接) ,整个系统处于平衡状态.现缓
高中物理必修1 运动学问题是力学部分的基础之一,在整个力学中的地位是非常重要的,本章是讲运动的初步概念,描述运动的位移、速度、加速度等,贯穿了几乎整个高中物理内容,尽管在前几年高考中单纯考运动学题目并不多,但力、电、磁综合问题往往渗透了对本章知识点的考察。近些年高考中图像问题频频出现,且要求较高,它属于数学方法在物理中应用的一个重要方面。 第一章运动的描述 专题一:描述物体运动的几个基本本概念 ◎知识梳理 1.机械运动:一个物体相对于另一个物体的位置的改变叫做机械运动,简称运动,它包括平动、转动和振动等形式。 2.参考系:被假定为不动的物体系。 对同一物体的运动,若所选的参考系不同,对其运动的描述就会不同,通常以地球为参考系研究物体的运动。 3.质点:用来代替物体的有质量的点。它是在研究物体的运动时,为使问题简化,而引入的理想模型。仅凭物体的大小不能视为质点的依据,如:公转的地球可视为质点,而比赛中旋转的乒乓球则不能视为质点。’ 物体可视为质点主要是以下三种情形: (1)物体平动时; (2)物体的位移远远大于物体本身的限度时; (3)只研究物体的平动,而不考虑其转动效果时。 4.时刻和时间 (1)时刻指的是某一瞬时,是时间轴上的一点,对应于位置、瞬时速度、动量、动能等状态量,通常说的“2秒末”,“速度达2m/s时”都是指时刻。 (2)时间是两时刻的间隔,是时间轴上的一段。对应位移、路程、冲量、功等过程量.通常说的“几秒内”“第几秒内”均是指时间。 5.位移和路程 (1)位移表示质点在空间的位置的变化,是矢量。位移用有向线段表示,位移的大小等于有向线段的长度,位移的方向由初位置指向末位置。当物体作直线运动时,可用带有正负号的数值表示位移,取正值时表示其方向与规定正方向一致,反之则相反。 (2)路程是质点在空间运动轨迹的长度,是标量。在确定的两位置间,物体的路程不是唯一的,它与质点的具体运动过程有关。 (3)位移与路程是在一定时间内发生的,是过程量,二者都与参考系的选取有关。一般情况下,位移的大小并不等于路程,只有当质点做单方向直线运动时,二者才相等。6.速度 (1).速度:是描述物体运动方向和快慢的物理量。 (2).瞬时速度:运动物体经过某一时刻或某一位置的速度,其大小叫速率。
6 经典力学的局限性 整体设计 牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域,包括天体力学的研究中,经受了实践的检验,取得了巨大的成就.但是,像一切科学一样,经典力学也有自己的局限性.当物体的运动速度远小于真空中的光速时,经典力学完全适用.20世纪初,著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论.狭义相对论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律,它得出了一些不同于经典力学的观念和结论.经典力学不适用于高速运动问题,并且经典力学对微观粒子的运动也束手无策.量子力学能够正确描述微观粒子运动的规律性,并在现代科技中发挥了重要作用.经典力学的适用范围:低速、宏观物体的运动;量子力学的研究对象:高速、微观物体的运动. 本节从低速与高速、宏观与微观、弱引力到强引力三个方面介绍了经典力学的局限性.这三个方面的具体内容都不要求学生掌握,但是学过本节之后,学生会知道尽管前面已经体会到了万有引力的辉煌成就,但它没有穷尽一切真理,在新的领域还有新的规律等待我们去发现,文中“未完成的交响曲”“相对论和量子力学是哪一种广泛的理论的特殊情形呢?我们现在还不知道……”,这些内容安排的着眼点都在情感态度与价值观方面的教育功能. 从低速到高速的讨论中,教材提到经典力学的相对运动问题,建议在此之前做一定的补充讲解. “科学漫步”的“时间与空间”并没有讲清时间与空间的问题,只是提出问题,激励学生未来的探索,它的目的同样在于情感态度与价值观的教育功能. 教学重点 了解经典力学的局限性. 教学难点 了解相对论、量子力学与经典力学的关系. 课时安排 1课时 三维目标 知识与技能 1.知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围. 2.知道相对论、量子力学和经典力学的关系. 过程与方法 经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程,认识科学思维的意义. 情感态度与价值观 1.了解科学理论的相对性,知道科学理论发展过程的继承与摒弃. 2.通过时间与空间的问题,激励学生对未来的探索. 教学过程 导入新课 情景导入 情境1 《原理》将成为一座永垂不朽的深邃智慧的纪念碑,它向我们揭示了最伟大的宇
如图所示,斜面体P 放在水平面上,物体Q 放在斜面上.Q 受一水平作用力F,Q 和P 都静止.这时P 对Q 的静摩擦力和水平面对P 的静摩擦力分别为f、f2 .现使力 F 变大, 1 系统仍静止,则() A. f1 、f2 都变大 B. f1变大,f2 不一定变大 C. f2 变大,f1 不一定变大 D. f1 、f2 都不一定变大 答案:C 如图所示,质量为m 的物体在力 F 的作用下,贴着天花板沿水平方向向右做加速运动, 若力 F 与水平面夹角为,物体与天花板间的动摩擦因数为,则物体的 加速度为() A. F (cos sin ) m B. F cos m F (cos sin ) C. g m F (cos sin ) D. g m 答案:D 如图所示,物体 B 叠放在物体 A 上,A、B 的质量均为m,且上、下表面均与斜面平行, 它们以共同速度沿倾角为的固定斜面 C 匀速下滑,则() A. A、B 间没有静摩擦力 B. A 受到B 的静摩擦力方向沿斜面向上 C. A 受到斜面的滑动摩擦力大小为mg sin D. A 与斜面间的动摩擦因数, =tan 答案:D 一质量为m 的物体在水平恒力 F 的作用下沿水平面运动,在t0 时 刻撤去力F,其v-t 图象如图所示.已知物体与水平面间的动摩擦因 数为,则下列关于力 F 的大小和力 F 做功W 的大小关系式正确的 是() A. F= mg B. F= 2 mg C. W mgv0t 0 3 W mgv t D. 0 0 2 7
41.一列以速度v 匀速行驶的列车内有一水平桌面,桌面上的 A 处有一小球.若车厢中 的旅客突然发现小球沿如图(俯视图)中的虚线从 A 点运动到 B 点.则 由此可以判断列车的运行情况是() A.减速行驶,向北转弯 B.减速行驶,向南转弯 C.加速行驶,向南转弯 D.加速行驶,向北转弯 答案:B 如图所示,一个小环沿竖直放置的光滑圆环形轨道做圆周运动.小环从最高点 A 滑到最 低点 B 的过程中,小环线速度大小的平方 2 v 随下落高度h 的变化图象可能是图中的() 答案:AB 如图所示,以一根质量可以忽略不计的刚性轻杆的一端O 为固定转轴,杆可以在竖直平面内无摩擦地转动,杆的中心点及另一端各固定一个小球 A 和B,已知两球质量相同,现 用外力使杆静止在水平方向,然后撤去外力,杆将摆下,从开始运动到杆 处于竖直方向的过程中,以下说法中正确的是() A .重力对 A 球的冲量小于重力对 B 球的冲量 B.重力对 A 球的冲量等于重力对 B 球的冲量 C.杆的弹力对 A 球做负功,对 B 球做正功 D.杆的弹力对 A 球和B 球均不做功 答案:BC 如图所示,在光滑的水平面上有质量相等的木块A、B,木块 A 以速度v 前进,木块 B 静止.当木块 A 碰到木块 B 左侧所固定的弹簧时(不计弹簧质量),则() A. 当弹簧压缩最大时,木块 A 减少的动能最多,木块 A 的速度要 减少v/2 B.当弹簧压缩最大时,整个系统减少的动能最多,木块 A 的速度 减少v/2 C.当弹簧由压缩恢复至原长时,木块 A 减少的动能最多,木块 A 的速度要减少v D.当弹簧由压缩恢复至原长时,整个系统不减少动能,木块 A 的速度也不减 答案:BC 将小球竖直上抛,若该球所受的空气阻力大小不变,对其上升过程和下降过程时间及损 失的机械能进行比较,下列说法正确的是() A .上升时间大于下降时间,上升损失的机械能大于下降损失的机械能 B.上升时间小于下降时间,上升损失的机械能等于下降损失的机械能 C.上升时间小于下降时间,上升损失的机械能小于下降损失的机械能 D.上升时间等于下降时间,上升损失的机械能等于下降损失的机械能 8
1.关于重力的说法,正确的是()A.重力就是地球对物体的吸引力B.只有静止的物体才受到重力 C.同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力 D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 2.下列说法正确的是()A.马拉车前进,马先对车施力,车后对马施力,否则车就不能前进 B.因为力是物体对物体的作用,所以相互作用的物体一定接触 C.作用在物体上的力,不论作用点在什么位置,产生的效果均相同 D.某施力物体同时也一定是受力物体 3.下列说法中正确的是()A.射出枪口的子弹,能打到很远的距离,是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用 B.甲用力把乙推倒说明甲对乙有力的作用,乙对甲没有力的作用 C.只有有生命或有动力的物体才会施力,无生命或无动力的物体只会受到力,不会施力 D.任何一个物体,一定既是受力物体,也是施力物体 4.下列说法正确的是()A.力是由施力物体产生,被受力物体所接受的 B.由磁铁间有相互作用力可知,力可以离开物体而独立存在 C.一个力必定联系着两个物体,其中任意一个物体既是受力物体又是施力物体 D.一个受力物体可以对应着一个以上的施力物体 5.铅球放在水平地面上处于静止状态,下列关于铅球和地面受力的叙述正确的是() A.地面受到向下的弹力是因为地面发生了弹性形变;铅球坚硬没发生形变 B.地面受到向下的弹力是因为地面发生了弹性形变;铅球受到向上的弹力,是因为铅球也发生了形变 C.地面受到向下的弹力是因为铅球发生了弹性形变;铅球受到向上的弹力,是因为地面发生了形变 D.铅球对地面的压力即为铅球的重力 6.有关矢量和标量的说法中正确的是()A.凡是既有大小又有方向的物理量都叫矢量 B.矢量的大小可直接相加,矢量的方向应遵守平行四边形定则 C.速度是矢量,但速度不能按平行四边形定则求合速度,因为物体不能同时向两个方向运动 D.只用大小就可以完整描述的物理量是标量 7.关于弹力的下列说法中,正确的是()A.①② B.①③ C.②③ D.②④ ①相互接触的物体间必有弹力的作用②通常所说的压力、拉力、支持力等都是接触力,它们在本质上都是由电磁力引起的③弹力的方向总是与接触面垂直④所有物体弹力的大小都与物体的弹性形变的大小成正比
力学知识回顾以及易错点分析: 一:竖直上抛运动的对称性 如图1-2-2,物体以初速度v0竖直上抛,A、B为途中的任意两点,C为最高点,则: (1)时间对称性 物体上升过程中从A→C所用时间tAC和下降过程中从C→A所用时间tCA相等,同理tAB=tBA. (2)速度对称性 物体上升过程经过A点的速度与下降过程经过A点的速度大小相等.[关键一点] 在竖直上抛运动中,当物体经过抛出点上方某一位置时,可能处于上升阶段,也 可能处于下降阶段,因此这类问题可能造成时间多解或者速度多解. 易错现象 1、忽略自由落体运动必须同时具备仅受重力和初速度为零 2、忽略竖直上抛运动中的多解 3、小球或杆过某一位置或圆筒的问题 二、运动的图象运动的相遇和追及问题 1、图象: 图像在中学物理中占有举足轻重的地位,其优点是可以形象直观地反映物理量间的函数 关系。位移和速度都是时间的函数,在描述运动规律时,常用x—t图象和v—t图象.
(1) x—t图象 ①物理意义:反映了做直线运动的物体的位移随时间变化的规律。②表示物体处于静止状态 ②图线斜率的意义 ①图线上某点切线的斜率的大小表示物体速度的大小. ②图线上某点切线的斜率的正负表示物体方向. ③两种特殊的x-t图象 (1)匀速直线运动的x-t图象是一条过原点的直线. (2)若x-t图象是一条平行于时间轴的直线,则表示物体处 于静止状态 (2)v—t图象 ①物理意义:反映了做直线运动的物体的速度随时间变化 的规律. ②图线斜率的意义 a图线上某点切线的斜率的大小表示物体运动的加速度的大小. b图线上某点切线的斜率的正负表示加速度的方向. ③图象与坐标轴围成的“面积”的意义 a图象与坐标轴围成的面积的数值表示相应时间内的位移的大小。 b若此面积在时间轴的上方,表示这段时间内的位移方向为正方向;若此面积在时 间轴的下方,表示这段时间内的位移方向为负方向. ③常见的两种图象形式 (1)匀速直线运动的v-t图象是与横轴平行的直线.
《牛顿第二定律》练习题 一、选择题 1.关于运动和力,正确的说法是() A.物体速度为零时,合外力一定为零B.物体作曲线运动,合外力一定是变力 C.物体作直线运动,合外力一定是恒力D.物体作匀速直线运动,合外力一定为零 2.用力F1单独作用于某一物体上可产生加速度为3m/s2,力F 2 单独作用于这一物体可产生 加速度为1m/s2,若F 1、F 2 同时作用于该物体,可能产生的加速度为() A.1m/s2B.2m/s 2C.3m/s2D.4m/s 2 3.在光滑水平面上的木块受到一个方向不变,大小从某一数值逐渐变小的外力作用时,木块将作() A.匀减速运动B.匀加速运动 C.速度逐渐减小的变加速运动D.速度逐渐增大的变加速运动 4.图中滑块与平板间摩擦系数为μ,当放着滑块的平板被慢慢绕着左端 抬起,θ角由0°增大到90°的过程中,滑块受到的摩擦力将() A.不断增大B.不断减少 C.先增大后减少D.先增大到一定数值后保持不变 5.质量为m的物体放在粗糙的水平面上,水平拉力F作用于物体上,物体产生的加速度为a。若作用在物体上的水平拉力变为2F,则物体产生的加速度() A、小于a B、等于a C、在a和2a之间 D、大于2a 二、填空题 6.用绳子拉着小车沿光滑水平面运动,绳子突然断裂后,小车将作____________,这时小车在水平方向受到力的大小是______. 7.在直线运动中当物体的合外力(加速度)与速度的方向时,物体做加速运动;当物体的合外力(加速度)方向与速度的方向时,物体做减速运动。若合外力恒定,物体做运动,若合外力变化,则物体做运动. 8.一个质量为m=2kg的物体,受到F 1=6N、F 2 =5N、F 3 =4N三个力的作用处于静止状态,若将 F 1 撤除,物体的加速度大小为,方向。 9.如图所示,物体的质量10kg停放在水平面上,它与水平面间μ=, 现用水平向右的外力F=20N拉物体,那么物体受地面的摩擦力方向是, 大小是,物体的加速度为m/s2。。(g取10m/s2) 10.质量为6×103kg的车,在水平力F=3×104N的牵引下,沿水平地面前进,如果阻力为车重的倍,求车获得的加速度是(g取10m/s2) 三、计算题 F
高中物理力学计算题汇总经典精解(50题)1.如图1-73所示,质量M=10kg的木楔ABC静止置于粗糙水平地面上,摩擦因素μ=0.02.在木楔的倾角θ为30°的斜面上,有一质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑.当滑行路程s=1.4m时,其速度v=1.4m/s.在这过程中木楔没有动.求地面对木楔的摩擦力的大小和方向.(重力加速度取g=10/m2s2) 图1-73 2.某航空公司的一架客机,在正常航线上作水平飞行时,由于突然受到强大垂直气流的作用,使飞机在10s内高度下降1700m造成众多乘客和机组人员的伤害事故,如果只研究飞机在竖直方向上的运动,且假定这一运动是匀变速直线运动.试计算: (1)飞机在竖直方向上产生的加速度多大?方向怎样? (2)乘客所系安全带必须提供相当于乘客体重多少倍的竖直拉力,才能使乘客不脱离座椅?(g取10m/s2) (3)未系安全带的乘客,相对于机舱将向什么方向运动?最可能受到伤害的是人体的什么部位? (注:飞机上乘客所系的安全带是固定连结在飞机座椅和乘客腰部的较宽的带子,它使乘客与飞机座椅连为一体) 3.宇航员在月球上自高h处以初速度v0水平抛出一小球,测出
水平射程为L(地面平坦),已知月球半径为R,若在月球上发射一颗月球的卫星,它在月球表面附近环绕月球运行的周期是多少? 4.把一个质量是2kg的物块放在水平面上,用12N的水平拉力使物体从静止开始运动,物块与水平面的动摩擦因数为0.2,物块运动2秒末撤去拉力,g取10m/s2.求 (1)2秒末物块的即时速度. (2)此后物块在水平面上还能滑行的最大距离. 5.如图1-74所示,一个人用与水平方向成θ=30°角的斜向下的推力F推一个重G=200N的箱子匀速前进,箱子与地面间的动摩擦因数为μ=0.40(g=10m/s2).求 图1-74 (1)推力F的大小. (2)若人不改变推力F的大小,只把力的方向变为水平去推这个静止的箱子,推力作用时间t=3.0s后撤去,箱子最远运动多长距离? 6.一网球运动员在离开网的距离为12m处沿水平方向发球,发球高度为2.4m,网的高度为0.9m. (1)若网球在网上0.1m处越过,求网球的初速度. (2)若按上述初速度发球,求该网球落地点到网的距离.
高中物理典型例题集锦 力学部分 1、如图9-1所示,质量为M=3kg的木板静止在光滑水平面上,板的右端放一质量为m=1kg 的小铁块,现给铁块一个水平向左速度V0=4m/s,铁块在木板上滑行,与固定在木板左端的水平轻弹簧相碰后又返回,且恰好停在木板右端,求铁块与弹簧相碰过程中,弹性势能的最大值E P。 分析与解:在铁块运动的整个过程中,系统的动量守恒,因此弹簧压缩最大时和铁块停在木板右端时系统的共同速度(铁块与木板的速度相同)可用动量守恒定律求出。在铁块相对于木板往返运动过程中,系统总机械能损失等于摩擦力和相对运动距离的乘积,可利用能量关系分别对两过程列方程解出结果。 设弹簧压缩量最大时和铁块停在木板右端时系统速度分别为V和V’,由动量守恒得:mV0=(M+m)V=(M+m)V’ 所以,V=V’=mV0/(M+m)=1X4/(3+1)=1m/s 铁块刚在木板上运动时系统总动能为:EK=mV02==8J 弹簧压缩量最大时和铁块最后停在木板右端时,系统总动能都为: E K’=(M+m)V2=(3+1)X1=2J 铁块在相对于木板往返运过程中,克服摩擦力f所做的功为: W f=f2L=E K-E K’=8-2=6J 铁块由开始运动到弹簧压缩量最大的过程中,系统机械能损失为:fs=3J 由能量关系得出弹性势能最大值为:E P=E K-E K‘-fs=8-2-3=3J 说明:由于木板在水平光滑平面上运动,整个系统动量守恒,题中所求的是弹簧的最大弹性势能,解题时必须要用到能量关系。在解本题时要注意两个方面:①是要知道只有当铁块和木板相对静止时(即速度相同时),弹簧的弹性势能才最大;弹性势能量大时,铁块和木板的速度都不为零;铁块停在木板右端时,系统速度也不为零。 ②是系统机械能损失并不等于铁块克服摩擦力所做的功,而等于铁块克服摩擦力所做的功和摩擦力对木板所做功的差值,故在计算中用摩擦力乘上铁块在木板上相对滑动的距离。 2、如图8-1所示,质量为m=0.4kg的滑块,在水平外力F作用下,在光滑水平面上从A
这节课我们学习《经典力学的局限性》,是脑洞大开的一节课。首先我们来了解什么是经典力学?所谓经典力学主要包括两部分:牛顿三大运动定律和万有引力定律。这是经典力学的两大理论支柱,也是我们到今天一直在学习的内容。著名物理学家杨振宁曾赞颂道:“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志,我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。”【图片】 但是“金无足赤人无完人”,经典力学没有也不会穷尽一切真理,它也有自己的局限性。它像一切科学理论一样,是一部“未完成的交响曲”。(尼尔斯·玻尔的“对应性原理”)比方说:生物研究告诉我们“摄入水分对生物体有益。”但是这一结论有一定的适用范围——不能摄入过多的水,否则细胞就会吸水胀破;也不能水分过少,否则细胞就会失水皱缩,如果是植物细胞的话就会发生质壁分离。那经典力学所能解释和解决的问题只适用于宏观、低速、弱引力的情况,而且是这三者的交集。如果三缺一,事物将不再服从经典力学的规律。那该怎么处理这些问题呢?这就是本节课我们要讨论的问题。 一、从宏观走向微观 我们经常看电影,有的电影尺度比较大。那什么是尺度呢?尺度就是对事物范围的度量。自然界的尺度有多大,又可以怎样划分呢?整个自然界可以划分为五个尺度,从小到大分别是:渺观→微观→宏观→宇观→胀观,这几个尺度或者说自然界的这“五观”分别可以描述怎样的事物呢?往大的说:宏观:肉眼可见的物体;宇观:星体;胀观:可见宇宙的膨胀;往小的说:微观:原子、电子、质子、中子等微观粒子;渺观:弦。这两个尺度的物质长度大约在h左右。所以你就发现经典力学在宇宙中的势力范围非常小,只占到1/5;对于尺度更小的微观甚至是渺观的物质服从什么规律呢?量子力学。这是一门由普朗克【图片】提出的全新的科学。什么是量子力学呢?给大家举两个典型的例子: 例1:【板书】一个苹果从经典的角度去看,就是果肉的连续体;而从量子力学的观点看呢,它可以像这样被分割为一块一块非连续的小肉丁,中间具有一定的空隙(这不是草莓啊!)。好比是咱们的班级:用经典力学描述,就是一个大的整体;而用量子力学描述,就更加深入一些,是由一个个相隔一定距离的同学共同组成的。 例2:买同样一件东西,需要付3元。经典力学可以用微信、支付宝把这3元作为一个整体一次性的转账过去;而量子力学就好像一个自动售货机,需要我们1元、1元、1元的逐个投币。 二、从低速走向高速 生活中物体移动的速度,无论是汽车也好,还是火箭也罢,与光速c=3*108m/s(30万公里每秒)都不可比拟。那这样的速度都叫做低速。而如果一个物体运动的速度接近光速(粒子加速器产生的微观粒子,终结者中产生强磁场吸住机器人的长管子【视频】),那么就可以被称为高速运动的物体了,此时经典力学就从宝座走下,而狭义相对论就登上了统治的王位。什么是狭义相对论呢?它是由爱因斯坦在20世纪初创立的理论,主要包含两部分:相对性原理、光速不变原理。 相对性原理:指的是同一个时间或空间的进程在不同的观察者的观察下呈现不同的形式,也就是说时空的测量与参考系有关。比方说同一辆汽车从窗外驶过,A观察的结果是该汽车速度为50km/h,B观察的结果是该汽车速度为60km/h。为什么会这样呢?原因就是参考系对结果产生了影响。用爱因斯坦的话来解释就是:好比两个内急的人去上厕所,一个在里面方便,一个在外面等。同样是10分钟,里面的人就觉得过得非常快,外面的人就觉得好像过了一个世纪那么漫长。 光速不变原理:指的是自然界有11个维度,包含10个空间维度(人脑只能感受到其中3维)和一个时间维度。就好像女生的马尾辫从远处看就是一维的线,但是仔细观察会发现有很多的分叉。宇宙也是如此,分成了11维,每个维度都有自己的分速度,而合速度就是