高中物理沪科技版（2020）必修第二册牛顿力学的局限性优秀学案

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▉题型1 牛顿力学的适用范围与局限性
【知识点的认识】
1牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到天体的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从牛顿力学的规律。
2.牛顿力学的适用范围和局限性：但是牛顿力学有它的局限性，只能适用于宏观、低速、弱引力环境下。在物体以接近光速的情况下运动时只能采用狭义相对论处理，在强引力环境中遵从的是广义相对性原理，在微观世界中又需利用备子力学原理
1．下列说法正确的是（ ）
A．太阳对地球有万有引力，对地球表面的人没有万有引力
B．太阳对地球有万有引力，地球对太阳没有万有引力
C．开普勒行星运动定律也适用于绕地球运行的卫星
D．牛顿最早测出引力常量的值
【答案】C
【解答】解：A．太阳不仅吸引地球，也吸引地球表面的人，任何有质量的物体间均存在引力，故A错误；
B．根据牛顿第三定律，太阳与地球间的引力是相互作用力，大小相等、方向相反，故B错误；
C．开普勒定律适用于中心天体质量远大于环绕天体的系统，卫星绕地球运动符合此条件，故C正确；
D．引力常量G由卡文迪许通过扭秤实验首次测得，而非牛顿，故D错误。
故选：C。
2．下列说法中正确的是（ ）
A．匀速圆周运动中线速度不变
B．物体受恒力作用不可能做曲线运动
C．物体在做平抛运动时，任意相等时间内速度的变化量相等
D．爱因斯坦的相对论时空观完全否定了牛顿力学的正确性
【答案】C
【解答】解：A．匀速圆周运动中线速度大小不变，方向改变，故A错误；
B．物体受恒力作用可能做曲线运动，例如平抛运动，故B错误；
C．物体在做平抛运动时，根据Δv＝gΔt可知，任意相等时间内速度的变化量相等，故C正确；
D．爱因斯坦的相对论时空观并不是否定了牛顿力学的正确性，经典力学在宏观和低速运动是成立的，故D错误。
故选：C。
3．科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在，引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是（ ）
A．牛顿认为惯性是物体的固有属性，速度大的物体惯性大
B．牛顿力学取得了理论和应用的巨大成就，适用于一切领域
C．牛顿提出并完成著名的“月—地检验”但没有测出万有引力常量
D．两物体间的万有引力总是质量更大的物体受到的万有引力大
【答案】C
【解答】解：A．牛顿认为惯性是物体的固有属性，质量大的物体惯性大，故A错误；
B．牛顿力学取得了理论和应用的巨大成就，适用于低速、宏观运动，故B错误；
C．牛顿提出并完成著名的“月—地检验”但没有测出万有引力常量，是卡文迪什测出了万有引力常量G，故C正确；
D．两物体间的万有引力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故D错误。
故选：C。
4．下列物体的运动，不能在牛顿力学框架下得到解释的是（ ）
A．中子星B．人造卫星
C．飞行的鸟D．射出的子弹
【答案】A
【解答】解：A、中子星具有强引力场，电子运动是高速微观运动，所以不适用与牛顿力学，故A正确；
BCD、人造卫星、飞行的鸟、射出的子弹的运动均可用牛顿力学解释，故BCD错误。
故选：A。
5．关于经典力学的适用范围和局限性，下列说法正确的是（ ）
A．经典力学过时了，应该被量子力学所取代
B．由于超音速飞机的速度太大，其运动不能用经典力学来解释
C．人造卫星的运动不适合用经典力学来描述
D．当物体速度接近光速时，其运动规律不适合用经典力学来描述
【答案】D
【解答】解：A、经典力学不会过时，在低速宏观物理过程中适用，不可替代。故A错误；
B、超音速飞机的速度远低于光速，其运动能用经典力学来解释。故B错误；
C、人造卫星的运动速度远低于光速，适合用经典力学来描述。故C错误；
D、当物体速度接近光速时，其运动规律不适合用经典力学来描述。故D正确；
故选：D。
6．关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（ ）
A．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论
B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射
D．黑洞和量子通信问题不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释
【答案】D
【解答】解：A.在微观、高速运动中，要用量子力学和相对论来解释，但是不会因为量子力学和相对论的出现就会让牛顿力学逐渐成为过时的理论，故A错误；
B.根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B错误；
C.牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故C错误；
D.黑洞和量子通信问题要用量子力学和相对论来解释，不能在牛顿力学的框架下得到很好的解释，故D正确。
故选：D。
7．牛顿运动定律的适用范围是（ ）
A．宏观物体、低速运动、弱引力场
B．宏观物体、低速运动、强引力场
C．微观物体、高速运动、弱引力场
D．微观物体、低速运动、弱引力场
【答案】A
【解答】解：经典力学有一定的局限性，经典力学只适用于宏观、低速运动、弱相互作用的物体，不适用于高速、微观及强相互作用的物体。故BCD错误，A正确。
故选：A。
8．下列对经典力学的说法中，正确的是（ ）
A．牛顿建立了经典力学的理论体系
B．经典力学适用于微观、高速、强引力场情况
C．用经典力学能解释微观高速粒子的某些现象
D．相对论和量子理论与牛顿经典力学观点完全一致
【答案】A
【解答】解：A．牛顿运动定律是经典力学的核心理论，建立了经典力学的理论体系，故A正确；
BC．用经典力学不能适用于微观高速粒子的现象，适用于宏观、低速、强引力场情况；故BC错误；
D．相对论、量力理论提出了经典力学的局限性，相对论适应领域：高速运动和量子理论适应领域：黑体辐射；观点完全不一致，故D错误。
故选：A。
（多选）9．下列认识正确的是（ ）
A．中国东风27超高音速导弹的飞行速度可达到3400m/s，牛顿力学不再适用
B．地面观察者观测到的在0.7c运行的列车上乘客的手表走时更慢
C．对于地面上静止不动的物体，在不同参考系中测得该物体的长度都是一样的
D．在不同的惯性参考系中，测得真空中的光速大小依然相同
【答案】BD
【解答】解：A.飞行速度可达到3400m/s，依然属于低速宏观物体，牛顿力学同样适用，故A错误；
B.根据狭义相对论的时间膨胀效应，高速运动的物体时间会变慢，地面观察者看到的在0.7c运行的列车上乘客的手表走时更慢，故B正确；
C.根据尺缩效应，相对论时空观认为运动的尺子会变短，如果物体在地面上静止不动，在相对于地面运动的参考系里面测出物体的长度和在地面上测出物体的长度是不一样的，故C错误；
D.在不同的惯性参考系中，测得真空中的光速大小依然相同，故D正确。
故选：BD。
题型1 牛顿力学的适用范围与局限性