一、从低速到高速┄┄┄┄┄┄┄┄①
1．经典力学的基础是牛顿运动定律，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。
2．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。
3．在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大，即m＝ m0 v21－2
c
，两者在速度远小于光速的条件下是统一的。
4．经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量，在不同的参考系中不同。
[说明]
(1)洲际导弹的飞行速度可达6 000 m/s，远远小于光速，此速度在狭义相对论中属于低速。
(2)物体的质量是它的固有属性，是相对不变的，这一结论成立的前提是物体做低速运动，在高速运动中物体的质量要随运动速度的增大而增大。
二、从宏观到微观┄┄┄┄┄┄┄┄②
经典力学能够很精确地描述宏观物体的运动规律，但对微观粒子的粒子性和波动性无能为力，量子力学能够正确地描述微观粒子运动的规律性。
以上事实说明，经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
[说明]
经典力学只对宏观、低速物体适用，微观粒子的运动规律不遵循牛顿运动定律。 三、从弱引力到强引力┄┄┄┄┄┄┄┄③
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。
牛顿的万有引力定律认为：若物体的总质量不变，物体的半径减小到原来的二分之一，引力增到原来的四倍，即符合“平方反比”规律。爱因斯坦引力理论表明：物体间的距离减小时，它们间的引力比“平方反比”规律增加得更快，半径越小，这种差别就越大。
[说明]
由经典力学与行星轨道的矛盾说明了经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。 ①[判一判]
1．质量是物体的固有属性，速度对质量没有影响(×)
2．当物体的速度可以和光速相比较时，它的质量随着速度的增加而变大(√) 3．相对论和量子力学的出现，说明经典力学已失去意义(×) 4．原子中电子的运动能用经典力学进行解释(×) 5．空气中灰尘的运动能用经典力学进行解释(√)
版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn
1.低速与高速的概念
通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等。有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。
2．速度对质量的影响
在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即m＝
m0
，其中m0为物体静止时的质量，m是物体速度为v时的v21－2
c
质量，c是真空中的光速。在高速运动时，质量的测量是与运动状态密切相关的。
3．速度对物理规律的影响 对低速运动问题，一般用经典力学规律来处理。对高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理。
[典型例题]
例1.一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106 m/s。则电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？(光速c＝3×108 m/s)
[解析] 根据爱因斯坦的狭义相对论m＝
m0 v21－2
c
得，运动后电子的质量增大了，且m
＝
m01－
vc2＝2
m0
≈1.000 2m0
?6×106?21－
?3×108?2
m－m0
所以质量改变的百分比为×100%＝0.02%
m0
[答案] 增大了 0.02%
[点评] 速度对物体的质量的影响
从爱因斯坦的相对论可知：物体的速度越大，它的质量就越大。当物体的速度远小于光速时，其质量的变化可以忽略，可以认为速度对质量没有影响；当物体的速度接近光速时，质量变化将很明显，其质量变化不可忽略。
[即时巩固]
1．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化，其原因是( )
A．运动物体无法称质量
B．物体的速度远小于光速，质量变化极小 C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度变化而变化
解析：选B 根据爱因斯坦狭义相对论观点，物体的质量随速度的增加而增加，其具体
版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn
关系为m＝
m0
，通常情况下在日常生活中所观察到的物体速度v?c，所以m＝m0，即v21－2c
质量随速度的变化极其微小，B正确。
经典力学与相对论、量子力学的比较 比较项 形成时期 适用范围 速度对质 量的影响 速度的合成v船岸＝ v船水＋v水岸 引力规律 经典力学 受历史发展限制，理论较肤浅、片面 低速运动、宏观世界、弱引力作用 物体的质量不随其速度的变化而变化 v船岸＝v船水＋v水岸 成立 牛顿的万有引力定律认为物体间的引力符合“平方反比”规律 相对论、量子力学 理论较完善、科学 任何情况都适用 物体的质量随其速度的增加而变大 v船岸＝v船水＋v水岸 不成立 爱因斯坦相对论认为物体间的引力不完全符合“平方反比”规律 联系 (1)以下两种情况，相对论与经典力学的结论没有区别：①物体的速度远小于光速c(3×108 m/s)时；②普朗克常h(6.63× －1034 J·s)可以忽略不计时 (2)相对论和量子力学都没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学的特殊情况 [典型例题]
例2.[多选]以下说法正确的是( )
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变 D．相对论与量子力学否定了经典力学理论
[解析] 经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错误；经典力学只在一定条件下适用，具有一定局限性，B正确；经典力学研究的是低速运动问题，物体的质量变化很小，可以认为不变，C正确；相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，D错误。
[答案] BC
[即时巩固]
2．下列说法正确的是( ) A．牛顿定律就是经典力学
B．经典力学的基础是牛顿运动定律
C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题 D．经典力学可以解决自然界中所有的问题
解析：选B 经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律是经典力学的基础；经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题，B正确。
版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn
1．牛顿定律不适用于下列哪些情况( ) A．研究原子中电子的运动
B．研究“神舟十号”飞船的高速发射 C．研究地球绕太阳的运动
D．研究飞机从北京飞往纽约的航线
解析：选A 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B、C、D项中描述的运动，而A项不适用。
2．关于经典力学和量子力学，下列说法正确的是( )
A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的 B．量子力学适用于宏观物体的运动，经典力学适用于微观粒子的运动 C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动 D．上述说法均错误
解析：选C 经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动，C正确。
3．[多选]物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是( )
A．牛顿发现了万有引力定律
B．牛顿通过实验证实了万有引力定律 C．相对论的创立表明经典力学已不再适用
D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推到更高领域 解析：选AD 万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的，A正确，B错误；相对论并没有否定经典力学，经典力学对于低速、宏观运动仍适用，C错误；狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，D正确。
4．经典力学不能适用于下列哪些运动( ) A．火箭的发射
B．宇宙飞船绕地球的运动
C．“勇气号”宇宙探测器的运动 D．以99%倍光速运行的电子束
解析：选D 经典力学在低速运动的广阔领域(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，但在高速领域不再适用，A、B、C项适用。
5．根据爱因斯坦的相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。请讨论：如果使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？为什么？
解析：由m＝
m0
知：当v＝c时，m应是无穷大。随着质量的不断增大，产生加v21－2
c
版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn
速度的力会随之不断增大，使加速越来越困难。因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至超过光速。
答案：见解析
[基础练]
一、选择题
1．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( ) A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域 B．地球表面上的物质世界 C．人眼能看到的物质世界
D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
解析：选D A、B、C三个选项描述的都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，D正确。
2．下列说法正确的是( )
A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化 B．时间和空间是依赖人们的意识而存在的 C．时间和空间是绝对的
D．时间和空间是紧密联系、不可分割的
解析：选D 根据狭义相对论的观点，时间和空间都不是绝对的，都是相对的，时间和空间不能分割，是紧密联系的，A、B、C错误，D正确。
3．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
解析：选A 狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，A正确，B、C、D错误。
4．下列说法正确的是( )
A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变
B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增加而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
D．上述说法都是错误的
解析：选C 在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大，二者在速度远小于光速时是统一的，C正确。
5．某物体在低速(接近零)情况下质量为m0，在速度为v的高速(接近光速)情况下质量为m，则由狭义相对论可知，物体速度v为( )
m0A.·c B. mm01－?·C.??m?c D.
m20
1－2·c mm201＋2·c m
版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn
2016新课标创新人教物理必修2 第六章 第6节 经典力学的局限性
