6 经典力学的局限性
【高中物理】高中物理知识点：经典力学的局限性
【高中物理】高中物理知识点：经典力学的局限性
经典力学的局限性:
1、从低速到高速――狭义相对论：当物体运动的速度比真空中的光速小得多时，质量、时间和长度的变化很小，可以忽略，经典力学完全适用。
但如果物体运动速度可以和
光速相比较时，质量、时间和长度的变化就很大，经典力学就不再适用，狭义相对论阐述
了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。
2、从宏观到微观――量子力学：物理学研究深入到微观世界，发现微观粒子不但具
有粒子的性质，还能产生干涉、衍射现象。
干涉和衍射是波所特有的性质。
也就是说微观
粒子具有波动性。
这是牛顿经典力学无法解释的。
正是在这种情形下，量子力学应运而生，量子力学能够很好地解释微观粒子的运动规律。
3、从弱引力到强引力――广义相对论：天文观测发现行星的轨道并不严格闭合，它
们的近日点在不断地旋进。
这种现象称为行星的轨道旋进。
这是用牛顿万有引力定律无法
得到满意解释的。
爱因斯坦创立了广义相对论，根据广义相对论计算出的水星近日点的旋
进与天文观测能很好地吻合, 爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论，爱因
斯坦还根据广义相对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观
测所证实的。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
高中物理_6 经典力学的局限性教学设计学情分析教材分析课后反思
新课导入自从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，像其他科学一样，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．一、经典力学及其局限性1.基本知识（1）从低速到高速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、弱引力的广阔区域，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，物体的质量是不变的，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，两者在速度远小于光速的条件下是统一的．（2）从宏观到微观①19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粒子性，同时还具有波动性.20世纪20年代，量子力学建立，它能够正确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．②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．（3）从弱引力到强引力①1915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，牛顿引力理论不再适用．②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没有区别．2．思考判断（1）洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，此速度在相对论中属于高速．(×)（2）质量是物体的固有属性，任何时候都不会变．(×)（3）对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大．(√)探究交流（1）牛顿第二定律属经典力学理论，它在高速世界还适用吗？（2）相对论、量子力学否定了经典力学吗？【提示】（1）在高速世界中，物体的质量随着速度的增加而变大，物体的加速度不一定与它所受的外力成正比，牛顿第二定律不再适用．（2）相对论、量子力学没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学在一定条件下的特例.二、速度对质量的影响【问题导思】1．低速、高速是如何界定的？2．物体在高速状态下，质量与速度是什么关系？3．速度对物理规律有什么影响？1．低速与高速的概念（1）低速：远小于光速的速度为低速，通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动．（2）高速：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（1）在经典力学中，物体的质量不随速度而变．根据牛顿第二定律F＝ma知，物体在力F作用下做匀变速运动，只要时间足够长，物体的运动速度就可以增加到甚至超过光速c.（2）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，即其中m0为物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，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于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理．对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理．1．狭义相对论中，物体在静止时质量最小，随着运动速度的增加，它的质量也在不断变大，对于高速运动物体，牛顿定律已不再适用．2．根据相对论的质速关系，若某物体的运动速度达到光速c，它的质量应是无穷大，这显然不符合事实，光速c是所有物体的最大速度．例：一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度v＝6×106m/s.关于电子的质量的变化，下列说法正确的是( ) A．不变B．减少C．增大了0.02% D．增大了0.2%【审题指导】电子的速度6×106 m/s已接近光速，由爱因斯坦狭义相对论可知，电子的质量将有所增加，越接近光速越显著．【答案】 C误区警示物体的质量与速度的关系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；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．三、经典力学与相对论、量子力学的比较【问题导思】1．经典力学与量子力学的适用范围一样吗？2．在经典力学与相对论中，速度对质量有什么影响？3．经典力学与相对论、量子力学有什么联系？例：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【答案】BC四、光速不变原理的应用例：设某人在以速度0.5c飞行的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是( )A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是0.5c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c【答案】 D规律总结1．光速不变原理：爱因斯坦的狭义相对论指出，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，即光在所有的惯性参考系中的传播速度均是光速．2．速度合成的关系式v船岸＝v船水＋v水岸只适用于低速运动的惯性参考系，对于接近光速的高速运动物体，该关系式已不再适用，此时应根据光速不变原理去解决问题．学生尚未学习相对论、量子理论的基本内容,本节教学也不需要学生真正领会现代物理学的内涵,只需要初步了解现代物理学涉及的几个具体问题的具体结论即可。
6.6 经典力学的局限性
三、从弱引力到强引力
阅读教材P50-P51，思考： 1. 经典力学与行星轨道的矛盾是什么？
2
m0为物体静止时的质量 m是物体速度为v时的质量 c是真空中的光速
光在真空中的 c 3.0 108m / s
【例1】 如果真空中的光速为c=3.0×108 m/s,当一个物体的 运动速度为v1=2.4×108 m/s时，质量m1= 3 kg。当它的速度 为v2=1.8×108 m/s时，质量m2为多少？
从低速到高速---速度变换公式
例：一列火车正以v＝50 m/s的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u′＝ 5 m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u＝v＋u′＝55 m/s. 若列车的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站台上的观察者测得该乘客的 速度是0.9c＋0.5c＝1.4c吗？
答案 不是，光速c是极限速度.
相对论认为： 同一过程的位移和时间测量在不同参考系中是不同的，因 此上式不能成立，经典力学也就不适用了。
从低速到高速---相对论速度变换公式
v
u
车对地的速度为v，人对车的速度为u/
地面上的人看到车上人 相对地面的速度为：
u
u v
1
uv c2
注：如果车上人运动方向与火车运动方向相反，则u/ 取负值
普朗克常数 h 6.631034 J s
旧量子论：普朗克，爱因斯坦，玻尔；
新量子论：海森堡，狄拉克，薛定谔，泡利，德布罗意，玻恩，费米，狄拉克，康普 顿
物理学的“全明星”合影
1927年索尔维会议照片（彩色为后期技术处理）
§6.6经典力学的局限性
经典物理学上空的两朵乌云
19世纪末、20世纪初，物理学有两个发现，一是 美国人迈克尔逊和莫雷的试验，证明绝对静止的空间 是不存在的。而牛顿力学的前提是物体的运动与空间 和时间没有关系，即时间和空间在牛顿那里是绝对静 止的。二是高温物体辐射形成的光谱分析，即黑体辐 射问题。经典物理学不能解释光谱分析中所发现的现 象。这两个发现使得经典物理学在新的实践面前无能 为力，原有的严密的体系出现了漏洞。因此被人们称 为“物理学上空的两朵乌云”。
1、经典力学的发展历程
从亚里士多德和阿基米德的物理学发展到经典力学体系经历 了约两千年，经历了以哥白尼、开普勒好伽利略为时代的科学 革命。牛顿又进行了一次科学的伟大综合，即天与地、实验归 纳与理论演绎、时空观与方法论、数学与哲学、物理思维与技 术应用等方面的综合，最终形成了一个以实验为基础、以数学 表达形式的力学科学体系。
经典力学的局限性和适用范围?
二、经典力学的局限性和适用范围
1、从低速到高速
所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速。 例如：在一个无限大的光滑水平
面上，有一质量为m的物体，在一个
水平恒力F的作用下，从静止开始运
动。根据牛顿第二定律可知物体将以
m
F
加速度a=F/m做匀加速直线运动。
由运动学公式可知：物体的速度v=at
请分析比较下列科学家对经典力学的贡献
亚里士多德
伽利略 笛卡儿 惠更斯
牛顿
国别 古希腊,约公元前 意大
生活 384～公元前322 利,1564～
年代 年
1642年
法 国,1596 ～1650 年
荷 兰,1629～ 1695年
英 国,1642～ 1727年
主要 的科 学研 究方
(完整版)经典力学的局限性
(完整版)经典力学的局限性经典力学的局限性（1)从低速到高速：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,质量要随着物体的运动速度的增大而增大。
(2）从宏观到微观：相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义，只说明它有一定的适用范围，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.(3）从弱引力到强引力：相对论物理学与经典物理学的结论没有区别，相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只是认为科学在一定条件下有其特殊性，经典力学只适用于弱引力不适用于强引力。
．下列关于说法正确是（）A．自由落体运动规律属于经典力学B．行星运动定律属于经典力学C．牛顿运动定律属于经典力学D．经典力学没有局限性，适用于所有领域分析：经典力学的核心理论是牛顿运动定律，其适用范围是宏观、低速运动的物体，不适用于高速、微观的物体．故选ABC牛顿运动定律是基础．以下对牛顿运动定律理解中正确是( ）A．牛顿第一定律指出物体只有保持匀速直线运动状态或静止状态时才具有惯性B．牛顿第二定律指出物体加速度的方向与物体所受合力的方向一致C．牛顿第三定律指出物体间的作用力与反作用力是一对平衡力D．牛顿运动定律不仅适用于低速运动的宏观物体，也适用于高速运动的微观粒子分析：A、牛顿第一定律也称为惯性定律，它告诉我们惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性;故A错误;B、牛顿第二定律指出物体的加速度与物体所受外力成正比，加速度的方向与合外力的方向一致，故B正确；C、牛顿第三定律中作用力和反作用力是作用在两个不同物体上的大小相等，方向相反的两个力，故不可能为平衡力，故C 错误;D、牛顿运动定律只能适用于宏观、低速物体，不能适用于微观高速粒子，故D错误;故选B．。
6.6经典力学的局限性
经典力学的局限性：
只适用于低速运动，不适用 于高速运动(接近光速)； 只适用于宏观世界，不适用 于微观世界(物质结构和能量不连 续的现象)； 只适用于弱引力情况，不适 用于强引力情况。
经典时空观与相对论时空观
一、经典时空观（绝对时空观）：
（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 时间、长度和质量这三者都与参考系 的运动无关。
P
(2)卫星在轨道1上经过Q点 (1)卫星在轨道 3 上的速 的加速度 等于 卫星在轨道 率 小于 轨道1上的速率 2上经过Q点加速度。
1
Q
2 3
6.某行星的质量是M，半径为R. 在行 星表面上，有一质量为m的物体， （1）行星对它的万有引力多大？ （2）已知该行星的自转周期为T， 求它的同步卫星离行星的高度？ (万有引力常量G已知）。
r
2
r
④ N=0
R ⑤ N m 2 g r
2
R N⑥ m g r
例4 如地球自转速度达到使赤 道上的物体“飘”起来，那么， 地球上一天等于______h. （地球半径取6.4×103 Km）
例5.发射地球同步卫星时，先将卫星 发射至近地圆轨道1，然后经点火， 使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点 火，将卫星送入同步圆轨道3，如图， 则卫星分别在1、2、3轨道上正常运 行时：
经典时空观与相对论时空观 二、相对论时空观:
1、两条基本假设：
（1）不同惯性参考系，物理规律相同 （2）任何惯性系，光速不变
2、狭义相对论结论：
（1）同时是相对的 （2）动钟变慢 （3）动尺变短 （4）运动的物体质量变大
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。
1 .物体的质量与运动速度有关
高中物理必修二--6.6经典力学的局限性
4、经典力学的局限性与适用范围 ⑴经典力学的局限
①恒定的质量： 物体的质量与物体的运动状态无关， 始终恒定不变。
②绝对时空观：经典力学认为：时间与空间无关，时 、空与运动无关，是绝对的物理量。
（阅读课本P49科学漫步） 当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能
来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛 顿的悲剧。
20世纪20年代，建立了量子 力学，它能够正确地描述微 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．
经典力学一般不适用于微观粒子．
3、从弱引力到强引力
万有引力属于弱引力．利用万有引力定律可以解 释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星， 首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规 律统一起来。
例题3：火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地 球发射一个光信号．火箭上测得光离开的速度是c， 根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球 上测得的光速是多少？根据狭义相对性原理呢？
0.25C、C
例题4：如果真空中的光速为c＝3.0×108 m/s ，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108
相对论与经典力学并不是互相对立的理论，它们能完
美的衔接。三个变换(称为洛仑兹变换)中：当v<<c
时：
t
t0 1 v
2
t0；l l0
1
v c
2
l
五、物理学架构
高速
狭义相对论
广义相对论
宏观低速
经典力学
量子力学
强引力 微观世界
像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真 理，它也有自己的局限性．
二、经典力学的局限性 1、从低速到高速
例如：在一个无限大的光滑水平面
6.6经典力学的局限性
著名的薛定谔方程。这个方程既描述了电子的 物质波的行为，又含有电子的粒子性的特征。 量子力学出现以后，在说明原子结构方面迅 速取得了巨大的成功，很快地被物理学家所接 受。现在它的应用已远远超出原子结构的范围， 成为物理学家研究微观世界的基本理论工具。 本节知识的应用主要涉及经典力学的局限性， 以及对相对论与量子力学的初步了解。
m =
m0 v2 1− 2 c
式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c 是真空中的光速 。
可见，当v＜＜c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。 因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适 用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
2.经典力学中速度叠加原理不再成立 2.经典力学中速度叠加原理不再成立 设河流中的水相对于河岸的速度为 船相对于水的速度为 v 船水 , 则在经典力学中，船相对于岸的速度为
v水岸 ,
v船岸 = v船水 + v水岸
（矢量和）
这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两 个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间 长度）及时间间隔的测量相联系。相对论认为， 同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是 不同的，因而上式不能成立。
3.两种不同的时空观 两种不同的时空观 本节教材在“科学漫步”栏目《时间和空 间是什么？》一文中提到了牛顿和爱因斯坦的 两种不同的时空观。 牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而 存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在 的，这是一种经典时空观。 爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速 度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占 有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有 生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关， 空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。 这是一种崭新的时空观。
物理必修Ⅱ人教新课标6.6经典力学的局限性1
2、相对时间
狭义相对论认为时间不是绝对的（即 固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体 （观察者所见到的）线性运动速度的加快， 时间会变慢。使用同步原子钟已证实了这 个结论的正确性，将一个钟表留在地面上， 而携带另一个以很快速度移动（如在喷气 式飞机上），随后进行比较，静止的钟表 总比另一个稍微快一点。
经典力学的局限性
1
提出问题：
1、速度有无极限。 2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。 3、时间和空间是否是绝对一成不变的。 4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什 么还要提出相对论？相对论是否全盘否定了牛顿的 经典力学理论？
2
古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没 风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘 扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬 勃成长。科学巨匠N.哥白尼、第谷、J.开普勒、 伽利略以及R.笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场 科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的 层层罗网，不断取得胜利。
18
时钟变慢1
t
t0 v 1 c
2
19
3、相对长度
爱尔兰物理学家乔治· 佛兹杰拉德（18511901）提出，物质会在运动的方向上收缩（缩 小），这意味着根据一个静止观察者的观点， 一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会 比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没 有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体以光速 运动时，其长度将会缩短为零。3
牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体
系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和 科学文化新变革的时代诞生的。
3
17 世纪牛顿力学 构成了体系 . 可以说， 这是物理学第一次 伟大的综合。牛顿 建立了两个定律， 一个是运动定律， 一个是万有引力定 律，并发展了变量 数学微积分，具有 解决实际问题的能 力。他开拓了天体 力学这一科学，海 王星和冥王星的发 现就充分显示了这 一点 。
6.6经典力学的局限性
思考：如果某星球的逃逸速度大于光速会 有什么现象发生？
1）黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不 能逃脱 。 2）说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞， 任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。
3)由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直 接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围 天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存 在。
6.6
经 典 力 学 的 局 限 性
逃逸速度（Velocity of Escape）：在星 球表面垂直向上发射 一物体，若初速度达 到某一值，该物体将 完全逃脱星球的引力 束缚而飞出该星球。 使物体刚刚好逃脱星 球引力的这一速度叫 逃逸速度。 例如， 地球的逃逸速度为 11.2千米/秒（即第 二宇宙速度）。
高速运动、微观世界和强引力作用
狭义相对论的建立经历了几十年的时间，1905年 爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》宣告了相对论 的诞生。
狭义相对论的基本观点 1、质量要随着物体运动速度 的增大而增大 2、同一过程的位移和时间的 测量在不同参考系中是不同
当物体的速度接近光速时：
t
钟慢效应：时间膨胀
t0 v 1 c
速度的关系是
m m0
2 v ， 1 2 c
式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v 时的质量，c是真空中的光速 。
2. 速度叠加原理不再成立 设河流中的水相对于河岸的速度为 船相对于水的速度为 v船水 , 船相对于岸的速度为
v水岸 ,
v船岸 v船水 v水岸
（矢量和）
这似乎是天经地义的。但是，爱因斯坦认为，同 一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不 同的，因而上式不能成立。
宏观领域
微观世界
科学家们发现，电子、质子、中子等微观粒子 不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的 运动在很多情况下不能用经典力学来说明。
6.6 经典力学的局限性
17世纪牛顿力学构成 了体系。可以说，这是物 理学第一次伟大的综合。 牛顿建立了两个定律:一 个是运动定律,一个是万 有引力定律，并发展了变 量数学微积分，具有解决 实际问题的能力。他开拓 了天体力学，海王星和冥 王星的发现就充分显示了 这一点 .
天地四方,古往今来发生的一切现 象都能够用力学来描述. ？？？
t
t0 v 1 c
2
相对长度：
爱尔兰物理学家乔治·佛兹杰拉德 （1851──1901）提出，物质会在运动 的方向上收缩（缩小），这意味着根据 一个静止观察者的观点，一枚以接近光 速运行的火箭所表现出的长度会比它静 止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没 有什么两样。
相对长度： 爱因斯坦指出，任何物体以光速 运动时，其长度将会缩短为零。 ——尺缩效应
经典物理对物理学思想和科学方法作出总结，
它只适用于宏观、低速、弱引力的物体 经典力学在高速运动领域不再适用
经典力学在非惯性系不再适用
经典力学在微观领域不再适用 对于强引力，经典的引力理论也是不适用的
三、经典力学与狭义相ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ论
1905年，爱因斯坦 （1879─1955）发表了狭 义相对论:在宇宙中唯一 不变的是光在真空中的 速度，其它任何事物─速 度、长度、质量和经过 的时间，都随观察者的 参考系（特定观察）而 变化。
去发现的精神! ”
相对论好像是：“光彩夺目的火箭， 它在黑暗的夜空，突然划出一道道 十分强烈的光辉，照亮了广阔的未 知领域。”
——德布罗意
一、经典力学规律只能用于：
宏观物体、低速运动、弱引力。
【例题】牛顿定律能适用于下列哪些情况？ A、研究原子中电子的运动 B、研究“神州”五号的高速发射 C、研究地球绕太阳的运动 D、研究飞机从深圳飞往北京的航线
6.6 经典力学的局限性
6.6经典力学的局限性一． 经典力学的局限性1. 经典力学的成就。
2. 经典力学的局限性：19世纪末，出现一些经典力学无法解释的实验事实，引发了物理学上的伟大革命，导致现代物理学的诞生。
——相对论和量子力学。
二． 从低速到高速1. 低速与高速的概念。
速度接近光速，称为高速。
常见物体运动是低速运动。
2. 速度对质量的影响。
经典力学：物体质量不变；狭义相对论：物体的质量随速度增大而增大。
m =，0m —静止质量，m —运动质量3. 两个假设。
经典力学中=v v v +船岸船水水岸，但在高速领域，爱因斯坦认为该式不成立。
1905年，提出两条假设：（1）相对性原理：物理规律在一切参惯性考系中都具有相同的形式；（2）光速不变原理：在一切惯性参照系中，光速相同，都为c.三．从宏观到微观19世纪末20世纪初，人们相继发现电子、质子、中子等微观粒子，既有粒子性，又有波动性，不能用经典物理描述。
建立量子力学，解决微观粒子运动的问题。
四． 从弱引力到强引力1. 万有引力成功解释一些天体问题，但有一些还不能完全解释。
直到爱因斯坦创立广义相对论，才圆满解决了经典力学不能解释的问题。
2. 强引力： 爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定程度时，天体间引力会非常大。
3. 弱引力下，经典力学和爱因斯坦引力理论结果相差无几。
但经典力学不适用于强引力。
五． 经典力学和相对论及量子力学的关系。
1. 经典力学适用于宏观、低速、弱引力的情况；而微观粒子的运动可用量子力学解释，高速运动和强引力的问题可由相对论解决。
2. 相对论和量子力学没有否定经典力学，经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的近似。
六．例题分析例1. 下列说法中正确的是( )A.牛顿运动定律就是经典力学；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的所有问题；D.经典力学可以解决自然界中的所有问题。
例2. 经典力学不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；D.微观粒子的波动性 例3. 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例4. 日常生活中我们并没有发现物体的质量随物体随物体的运动速度变化而变化，其原因是（）A. 运动中物体无法称量其质量；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。
6 经典力学的局限性
像一切科学一样，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”。那么经 典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢? 经典力学的局限 性？
3
创 立 狭 义 相 对 论
阿尔伯特·爱因斯坦
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一、从低速到高速
1.高速的概念
所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速。
因为距离我们最 近，所以看起来 最亮。就是您， 太阳，出现了。
（此时距太阳约 一光年）
后面的是恒星 的背景，晚上 看到的就是它 们了。
跋山涉水呀， 千辛万苦呀，
终于看到了 我们的太阳 系。中间是 太阳，一个 个圈是几大 行星的轨道。
按照到太阳 的距离排序： 水星、金星 地球、火星 木星、土星
粒子具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规
律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的
位置。 2.微观世界粒子的运动特点：
就单个粒子来说，其运动没有确定的运动轨迹，
微观粒子既有粒子性，又有波动性。
3.经典力学只适用于宏观世界不适用于微观世界。
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三、从弱引力到强引力
1.经典力学与行星轨道的矛盾 按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆 做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格 闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。 实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论 的计算结果吻合的很好。
从1961年以后， 人类才可以从 这个角度看到 我们生活的地 球。
终于回到 我们熟悉 的尺度了。
我看到了：有 房子、街道、 公园…
好像还有汽车！
一副都市生活 照片
左边是高速 公路上飞驰 的汽车，右 边是等待出 发的轮船， 绿油油的草 地上是什么？
6.6_经典力学的局限性
1、相对时间
狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变 的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的） 线性运动速度的加快，时间会变慢。使用同步原子 钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地 面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式 飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个 稍微快一点。
一、经典力学受速度限制的分析
伽利略和牛顿的绝对时空观认为，同一物体运 动的时间和长度（位移）在不同的参考系中， 测量结果是相同的。
牛顿力学的绝对时空观 绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着 并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关 的流逝着。 ——牛顿 绝对空间，就其本质来说，独立于外界任 何事物，总是始终如一和静止不动的。 ——牛顿
爱因斯坦的2个基本假设：
Einstein 现代时空 的创始人
1、相对性原理：一切彼此作匀速直线运 动的惯性系,对于描述物理规律都是等价 的。或在所有惯性系中,物理规律都具有 相同的形式。（伽利略） 不论用什么方法都找不到绝对参照系, 即根本不存在绝对参照系,一切惯性系都是 平权的。
这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．(单选)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，下列 说法不 正确的是( ) ． 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．人们应当不断的扩展认识，在更广阔的领域内 掌握不同事物的本质与规律
力学规律
2)光速不变原理适用的条件: A）惯性系；B）真空中(介质中的光速C = C/n)
6.6经典力学的局限性(简)
§6.6 经典力学的局限性VS经典物理学体系：经典力学，热学、声学、光学、电磁学。
伽利略伽利略发现：惯性定律、自由落体规律、力学相对性原理。
伽利略开创了“观察实验、科学思维、与数学相结合的研究方法”。
第一次比较完整表述了惯性定律解决了完全弹性碰撞问题发现了行星运动规律笛卡尔惠更斯开普勒17世纪牛顿创立了完整的经典力学体系。
这是物理学第一次伟大的综合。
牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。
他还经典力学之父开拓了天体力学。
牛顿阅读材料：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。
”经典力学力动量能量生物力学热弹性力学磁流体力学化学流体动力学等离子体动力学地质力学天体力学塑性力学流体力学弹性力学刚体力学天地四方，古往今来发生的一切现象都能够用力学来描述？？？在高速情况下（相对光速而言），牛顿经典力学理论不再适用。
1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦发表了狭义相对论。
他指出：宇宙中唯一不变的是光在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系变化阿尔伯特·爱因斯坦而变化。
相对质量21m m v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。
这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验所证实。
相对论预言慢(184±23)×10 -9s 实测慢(203±10) ×10 -9s 时间延缓（动钟变慢）021t t v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭S ′O′ X ′Y′A 'B 'O S X Y u1x ●l '斐克小伙剑术精，出刺迅捷如流星，由于空间收缩性，长剑变成小铁钉.狭义相对论的基本原理空间收缩（动尺变短）201v L L c ⎛⎫=∙- ⎪⎝⎭相对论认为：经典力学认为：河水相对河岸速度为v 水岸，船相对河水的速度为v 船水，则船相对岸的速度v 船岸为：v 船岸= v 船水+ v 水岸同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的，因而上式不成立。
第六章6经典力学的局限性
第六章6经典力学的局限性经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律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。
著名物理学家杨振宁曾赞颁道：“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。
”是的，从地面上物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，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、人造卫星、宇宙飞船……所有这些都服从经典力学的规律。
经典力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。
但是，像一切科学一样，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”。
从低速到高速上面提到的各种物体的运动，速度都远小于真空中的光速。
处理这些运动，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，得出了一些不同于经典力学的观念和结论。
例如，在经典力学中，物体的质量机是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即式中砂）是物体静止时的质量，机是物体速度为V时的质量，。
是真空中的光速。
依上式计算，在低速运动中，如地球以3X1（）4m∕s的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用。
但是如果物体的速度接近光速c,例如速度U=0.8C时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍。
这时，经典力学就不适用了。
又如，一条河流中的水以相对于河岸的速度V水岸流动，河中的船以相对于河水的速度-第水顺流而下.在经典力学中，船相对于岸的速度为V舱岸=V船水+v水快经验告诉我们，这简直就是天经地义的。
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像一切科学一样，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”。那么经 典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢? 经典力学的局限 性？
1.知道牛顿运动定律的适用范围。
(重点） 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
所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速。 2.在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。
狭义相对论认为： 物体的质量要随物体运动速度的增大而增大，即
m=
m0 v2 1- 2 c
3.经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动。
【对点训练】(多选)
对于公式
m=
m0 v2 1- 2 c
，下列说法中正确的是( ACD )
不能自助的人也难以受到别人的帮助。
间隔，Δ t是地面上的观察者观察到的时间间隔。
v 2 ＜1，所以Δ t＞Δ t′，即运动 由于1 （ ） c 体中的观察者观察到的时间间隔变短了，从地面上
观察运动物体的时间变慢了。这就是所谓的“钟慢 效应”。
钟慢效应
（2）空间的相对性——“尺缩效应”
v 2 空间的相对性符合以下规律： L L 1 ( ) c 式中L′是运动体中的观察者测得的长度，L
四、经典力学的局限性和适用范围
1.经典力学只适用于物体的低速运动（v<<c）。 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。
3.经典力学规律只在惯性参考系中成立。 ——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速 相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
Байду номын сангаас
惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，均称为惯性参考系， 简称惯性系。 (1)所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是
是地面上的观察者测得的长度。
的观察者观察到运动物体的长度变短了。这就是
所谓的“尺缩效应”。
v 2 由于1 （ ）＜1，所以L＜ L′，即地面上 c
尺缩效应
尺缩效应
1.从低速到高速：经典力学适用于低速; 2.从宏观到微观：经典力学适用于宏观; 3.从弱引力到强引力：经典力学适用于弱引力。
1.下列有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确
4.(多选)以下说法正确的是( BC ) 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
5.两台升降机甲、乙同时自由下落。甲上的人看到乙 是静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没 有改变，但是乙确实受到向下的地球引力。根据牛顿 定律，受到外力作用的物体，其运动状态一定会改变， 这不是有矛盾吗？你是如何理解的？ 答案：不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。
狭义相对论的两个基本假设
1.爱因斯坦相对性原理：在不同的参考系中，一切物理
规律都是相同的。
2.光速不变原理：真空中的光速在不同的参考系中都是
相同的。
同 时 的 相 对 性
（1）时间的相对性——“钟慢效应” t 时间的相对性符合以下规律：
t
v 2 1 ( ) c 式中Δ t′是运动体中的观察者观察到的时间
6 经典力学的局限性
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更 是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
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。”
牛顿的《自然哲学的数学原理》 被评为科学史上最伟大的著作
惯性系。
(2)所有相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯
性系。
经典物理对物理学思想和科学方法作了重点 总结，它只适用于宏观低速的物体； 相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运 动。 因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经 典力学的否定。
【对点训练】（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 ( AD ) 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，把物理学推到高速领域
二、宏观到微观
19世纪末到20世纪初，人们相 继发现了电子、质子、中子等微观 粒子，发现它们不仅具有粒子性， 而且具有波动性，它们的运动规律 不能用经典力学描述． 20世纪20年代，建立了量子力 学，它能够正确地描述微观粒子运 动的规律性，并在现代科学技术中 发挥了重要作用． 经典力学一般不适用于微观粒子． 普朗克创立量子力学
A．式中的m是物体以速度v运动时的质量 B．当物体的运动速度v>0时，物体的质m>m0，即物体的质 量改变了，故经典力学不适用，所以是不正确的 C．当物体以较小速度运动时，质量变化非常小，经典力学 理论仍然适用，只有当物体以接近光速的速度运动时， 质量变化才明显 D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我 们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量 的变化
的是( B ）
A．物体的质量与物体的运动速度无关
B．物体的质量随物体运动速度的增大而增大
C．物体的质量随物体运动速度的增大而减小
D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
2.（多选）关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面 说法中正确的是( BC ) A．狭义相对论和经典力学是相对立、互不相容的两种理论 B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理 论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律
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．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学 都是适用的
3.（多选）牛顿定律能适用于下列哪些情况（ BCD ） A.研究原子中电子的运动
B.研究“神舟五号”的高速发射
C.研究地球绕太阳的运动
D.研究飞机从深圳飞往北京的航线
【解题关键】经典力学适用范围：低速、宏观。
考虑速度随时间的变化。
创 立 狭 义 相 对 论
阿尔伯特·爱因斯坦
一、从低速到高速
探究：在经典力学和狭义相对论中,物体的质量有何不同？ 情景：在一个无限大的光滑水平面上，有一质量为m的物 体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动。根据 牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运 动。
m
F
【互动探究】物体的速度能无限增大吗？
推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最
终可使物体获得任意速度。但事实并非如此。 结论：物体运动速度是有极限的，现在已知的最大 速度是光速，且现在也无法使物体运动超越这个速 度。 这是经典力学无法解答的。这是什么原因造成的呢？ 是否是经典力学的错误？
1.高速的概念
三、从弱引力到强引力
1.经典力学与行星轨道的矛盾 按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆 做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格 闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。 实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论 的计算结果吻合的很好。
2.经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。