经典力学的成就与局限性
1.经典力学的成就与局限性
自然和自然的 法则在黑暗中隐藏； 上帝说:”让牛顿去 吧！”于是一切都 被照亮。魔鬼说:” 让爱因斯坦去吧！” 于是一切又回到黑 暗中。
经典力学的定义：经典力学是以牛顿运动定律和万有引力为核心建立起来的的力学体
系，它在宏观、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。
三、经典力学的适用范围
经典力学有它的适用范围：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；只适用于弱引力情况，不适用于 强引力情况。
现代物理学与经典力学互为补充，互不矛盾共同支撑起物理 学科的骨架。
高速
狭义相对论 广义相对论
宏观低速
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量子力学
经典力学
微观世界
强引力
例 继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动
第一部分包括：“定义、注释”和“运动的基本定 理或定律”。这部分虽然篇幅不大，却极为重要。
第二部分是这些基本定律的作用，包括三篇：第 一篇是研究万有引力；第二篇是讨论介质对物体运动 的影响；第三篇是“论宇宙系统” 。
著名物理学家杨振宁曾赞颂到：“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。”
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（ BC ） A 世界无限广大，人不可能认识世界，只能认识世界 的一部分 B 人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界 C 人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
经典力学的成就与局限性.
2、牛顿运动定律不适用于微观领域 和能量不连续的现象. 例如:微观粒子既表现为粒子性又表 现为波动性，粒子的速度和位置具 有不确定性。经典物理学无法解释 上述现象。
四经典力学的适用范围： 低速，宏观
同学们，再见
第五章一节
经典力学的成就与局限性
一、经典力学的发展历程
1、古代物理学没有成为独立的学科, 人门对力学的研究反映在哲学或技 术中. 2、16世纪,哥白尼创立日心说,解放 了人门的思想。 3、17世纪,伽利略发现了惯性定律、 落体定律、力学相对性原理，发展 了观察实验、科学思维等研究方法。 为动力学发展奠定了基础。
4. 笛卡儿 5.惠更斯 6.开普勒 7.牛顿
二、经典力学的伟大成就
1、把人类对整个自然界的认识推进到一个 新水平,牛顿把天上运动和地上运动统一起 来,实现了天上力学和地上力学的综合,从力 学证明了自然界的统一性. 2、经典力学的建立首次明确了一切自然科 学理论应有的基本特征,标志着近代理论自 然科学的诞生,也成为其他各门自然科学的 典范. 3、经典力学的建立对自然科学和科技的发 展、社会进步具有深远影响
⑴、经典力学形成的科学研究方法推广应用 到物理学的各个分支学科上，对经典物理 学的建立意义重大。 ⑵、经典力学与其他基础相结合产生了许多 交叉学科，促进自然科学的进一步发展 ⑶ 、经典力学在科学技术上有广泛的应用局限性
1、经典力学的应用受到物体运动速率的 限制. 如:经典力学中,认为物体的质量不仅不变, 并且与物体的速度或能量无关, 而相对论研究表明:物体的质量随着速率 的增加而增大
第5章1 经典力学的成就与局限性(教科版必须2)(10张ppt)ppt(教科版必修2)
惯性参考系中成立。
1.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
一、经典力学的成就
二、经典力学的局限性 三、经典力学的适用范围
经典力学规律只能用于宏观（>10-10m)、低速（与 光速相比）、弱场强（例如地球附近）的情形，且只在 惯性参考系中成立。
第五章 经典力学的成就与局限性
1. 经典力学的成就与局限性
1.了解经典Байду номын сангаас学所取得的伟大成就及其对当时自然
科学、社会发展的影响。
2.认识经典力学的局限性和适用范围。
一、经典力学的成就
1.经典力学把人类对整个自然界的认识推进到一个新水 平,牛顿把天上运动和地上运动统一起来,实现了天上力 学和地上力学的综合,从力学证明了自然界的统一性. 2.经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的
重 大 成 就 阿基米德发现浮力定律 开普勒发现行星运动定律 伽利略阐明了运动的相对性原理 伽利略发现了自由落体运动规律、惯性 原理 帕斯卡发现帕斯卡原理 马德堡半球实验验证大气压力 发现胡克定律——弹簧弹力和形变的关 系 牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐 明了运动定律和万有引力定律
时 间 公元前三世纪 1609，1619 1632
1638
1653 1663
1678 1687
二、经典力学的局限性
1.经典力学的应用受到物体运动速度的限制。 牛顿建立的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质 及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客
观现象。 2.牛顿运动定律不适用于微观领域和能量不连续的现象。
例如:微观粒子既表现为粒子性又表现为波动性，粒 子的速度和位置具有不确定性。经典物理学无法解释上 述现象。
(优选)经典力学的成就及其局限性
科学家对经典力学的贡献
国别 生活 年代
主要 的科 学研 究方 法
亚里士多德 古希腊,约公元前 384～公元前322 年
观察、思维、推 理
伽利略
意大 利,1564～ 1642年
笛卡儿
法 国,1596 ～1650 年
观察实验、 假设、数 学推理三 者相结合
实验观 察、数 学推理
绝对时间: 时间均匀流逝,与物质运动无 关,所有惯性系有统一的时间.
注意
牛顿力学的相对性原理, 宏观、低速的范围 内,是与实验结果相一致的.但在高速运动情 况下则不适用.
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.狭义相对论一深奥 难懂著称，并且他的出现，使整个世界都处于震惊和 争论之中， 继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建 立了广义相对论，指出空间——时间不可能离开物质 而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布， 使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了。
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的 乌云……”
两朵乌云
1、迈克尔逊莫雷实验测得光速是不变的。 经典力学不能解决高速运动问题（接近光速）
2、黑体辐射出的能量不是连续的 经典力学不能解释微观领域中物质结构和 能量不连续的现象
热辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命性 的风暴，乌云落地化作春雨，浇灌着两朵鲜花。
O O
r
(x, y, z,t)
P
经典力学的成就及其局限性.
经典力学的基础是牛顿运动定 律，万有引力定律更确立了牛顿的 地位,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, 经受实践检验。
19 世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得 了很大的成功： 在机械运动方面不用说，在分子物理方面， 成功地解释了温度、压强、气体的内能。 在电磁学方面，建立了一个能推断一切电 磁现象的 Maxwell方程。 另外还找到了力、电、光、声 …等都遵循 的规律—能量转化与守恒定律。 当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜 利之中。他们认为物理学已经发展到头了。
观察实验、 实验观 假设、数 察、数 学推理三 学推理 者相结合
归纳与演绎、 实验、数学 综合与分析、 推理 实验观察等
两个反面的结论: ①自由落 ①力是维持物体 体运动规 律。 运动的原因。 ②重的物体比轻 ②力学相 的物体下落得快。 对性原理
惯性定 律
①制成了世 界上第一架 计时摆钟。 ①三大运动 定律、②万 ②测量出重 有引力定律。 力加速度的 值。
量子力学
相对论
14-1力学相对性原理
伽利略变换
物体运动的轨迹依赖于观察者所处的参考系
一.伽利略坐标变换
1、几个概念
绝对运动： 物体相对基本参考系（S系） y 的运动. 相对运动： 物体相对运动参考系（S’系） 的运动. 牵连运动： S’系相对S系的运动.
绝对速度 相对速度 牵连速度
y S S ( x, y , z , t ) u ( x, y, z, t ) P r r x O O x
6、经典力学的成就及其局限性
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
英 国,1642～ 1727年 国别 古希腊,约公元前 意大 生活 384～公元前322 利,1564～ 1642年 年代 年 主要 的科 观察、思维、推 学研 理 究方 法 力学 方面 的主 要成 就 法 荷 国,1596 兰,1629～ ～1650 1695年 年
经典力学的成就与局限性
初识量子论
认识微观世界物质运动规律
1：微观世界的某些物理
量不能连续变化而只能
取某些分立值，相邻两
分立值之间之差称为该
物理量的一个量子
2：一切微观粒子具有
波粒二象性
普朗克 创立 量子力学
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。
经典力学适用于宏观（﹥10 m ）低 速（v《 c）弱引力场的物体。
10
相对论时空观（狭义相对论）
（关于物质运动与时间空间关系的理论）
狭义相对论的两条基本假设：
（1）不同惯性参考系，物理规律相同 （2）任何惯性系，光速不变 时间、长度和质量这三者都与参考系的运动 有关。
狭义相对论的主要效应
1：运动长度收缩
经典力学时空观
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、空间和物质及其运动完 全无关，时间与空间也完全无关
练习 1、为经典物理学的建立做出重要贡献的科学家除了我 们熟知的牛顿、伽利略和哥白尼外，还有：ABC A、开普勒 B、笛卡儿 C、惠更斯 D、爱因斯坦 2、经典力学的建立： ABC A、标志着近代自然科学的诞生 B、实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合 C、确立了一切自然科学理论应有的基本特征 D、成为量子力学的基础
经 典 力 学 发 展 的
三 个 阶 段
第一阶段
伽利略、牛顿时代之前， 人们对力学现象的研究大多直 接反映在技术之中或完全融合 在哲学之内，物理学就整体而 言还没有成为独立的科学。这 个阶段对顿,是经典力学 从基本要领、基本定律到建成理 论体系的阶段，在这一阶段有一 系列的科学家为经典力学打下重 要基础。
经典力学的成就和局限性
经典力学的成就和局限性
一 经典力学只适用于处理物体的低速运动（ v c ） 1 质点高速运动时伽利略变换为洛伦兹变换所代替 m0 m 2 质点高速运动时的相对论性质量 2 v 1 2 c
dp F , p mv dt 1 2 2 2 E m v 3 相对论动能 Ek mc m0c k 0 v c 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
笔尖上的发现
1845年，一个英国青年数学家叫做亚当斯的 算出来了，把结果交给了英国皇家天文台。 不知什么缘故，皇家天文台把他的推算结果 搁在一旁，没有按着他的指点去搜寻。第二 年，勒威耶也把结果推算出来了，而伽勒依 着他的推算结果，找到了这颗新的行星—— 海王星。
虽然伽勒博士第一个看到海王星，可是 真正的功绩还属于推算的人。因此大家 都认为这发现的荣誉，应该属于亚当斯 跟勒威耶两位。由于他们的推算，太阳 系的半径又向外扩展了16亿千米。
4 相对论质能关系
F ma
E mc
2
二
能量的连续性与能量量子化
经典物理中，宏观物体的能量是连续变化的，但 近代物理的理论证明，能量的量子化是微观粒子的重 要特性 .
普朗克提出一维振子的能量
E nh (n 1,2,3)
爱因斯坦认为光子能量
h
量子力学指出，物体（微观粒子）的位置和动量 相互联系，但不能同时精确确定，并且一般作不连续 的变化 .
经典力学的成就和局限性
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 力学这一科学，海王星的发现就充分显示 了这一点 .
高中物理必修2经典力学的成就与局限性2
开普勒－发现了行星运动规律
经典物理学大师－牛顿，将经典力学概括表述为他的三个定律和万有引力定律：
牛顿第一定律：（惯性定律）
牛顿第二定律：（力与加速度之间的关系）
牛顿第三定律：（作用与反作用定律） >>>J
牛顿的这些成就都是在继承前人的观点上通过分析和推理得来，所以他自己说：我之所以看得远，那是因为站在巨人的肩膀上。
二、经典力学的伟大成就：
经典力学的科学意义： 经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，是科学形态上的重要变革，把人类对整个自然界的认识推进到一个新的水平，促进了科学技术的发展和社会文明的进步。 经典力学的建立首次告诉人们，一个以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论体系，其思想观点应该是明确透彻的。其体系结构应是严密完备、自洽和谐的，其数学表达应是严格、定量、可以操作的；这种理论不仅能够在一定范围内揭示事物的本质，做出定量的解释、推断和预言，而且理论本身的是非真伪、成立条件、适用范围等也都可以定量地检验和界定。这是一切自然科学理论应有的基本特征。牛顿伟大贡献的精髓正在于此。 >>>J
牛顿生平：
伟大的物理学家、天文学家和数学家，经典力学体系的奠基人。 牛顿1643年1月4日诞生于英格兰东部小镇乌尔斯索普一个自耕农家庭。出生前八九个月父死于肺炎。自小瘦弱，孤僻而倔强。3岁时母亲改嫁，由外祖母抚养。11岁时继父去世，母亲又带3个弟妹回家务农。在不幸的家庭生活中，牛顿小学时成绩较差，“除设计机械外没显出才华”。 牛顿曾因家贫停学务农，在这段时间里，他利用一切时间自学。放羊、购物、农 闲时，他都手不释卷，甚至羊吃了别人庄稼，他也不知道。他舅父是一个神父，有一 次发现牛顿看的是数学，便支持他继续上学。1661年6月考入剑桥大学三一学院。作 为领取补助金的“减费生”，他必须担负侍候某些富家子弟的任务。 在1665～1666年，伦敦流行鼠疫的两年间，牛顿回到家乡。这两年牛顿才华横溢，作出了多项发明。1667年重返剑桥大学，1668年7月获硕士学位。1669年巴罗推荐26岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授，1672年成为皇家学会会员，1703年成为皇家学会终身会长。1699年就任造币局局长，1701年他辞去剑桥大学工作，因改革币制有功，1705年被封为爵士。1727年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于威斯敏斯特教堂。
经典力学的成就与局限性
三、经典力学的局限性和适用范围
经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题， 经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子：经典力学只 适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题．
适用范围：低速、宏观、弱引力场中运动的物体
四、小结
1、为经典力学做Biblioteka 杰出贡献的剩学家：哥白尼、伽利略、笛卡 儿、惠更斯、开普勒、牛顿。
经 典 力 学
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
经典力学的发展历程及表现：
1.哥白尼时代——摆脱神学统治
2.伽利略时代——建立试验方法 3.牛顿时代——总结出经典力学体系 4.后拗断时代——经典力学的广泛应用
二、经典力学的伟大成就
1、经典力学理论的建立标志着近代自然科学的诞生，把天上物体 和地上物体的运动统一起来了。从力学上证明了自然界的多样性的统 一。 2、经典力学的建立告诉人们，一个以现象观察和实验研究为基 础的自然科学理论体系，其思想观点应该是明确透彻的，其数学表 达应是严格、定量、可以操作的，推动了数学分析、物理学各分支 学科的发展。 3、理论和实践都证明：地面上的各种物体的运动到天体的运动， 从大气的滚动到地壳的变动；从发射导弹到人造卫星，一一服从经 典力学的规律。经典力学是一系列科学技术发展及技术应用的基础。
2、经典力学理论的成就和局限性。
3、经典力学适用于宏观的低速的弱引力场中物体的运动。
ABC
三、经典力学的局限性和适用范围
1、经典力学的绝对时空观
内容：时间、空间与物质及其运动完全无关，时间 与空间也完全无关。 局限性：割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联 系，不能解释高速运动领域的许多客观现象。
高中物理第五章经典力学的成就与局限性课件教科版必修
2．经典力学的局限性 (1)经典力学的绝对时空观 ①内容： 时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与 空__间__也完全无关。 ②局限性：割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系， 不能解释高速运动领域的许多客观现象。 (2)经典力学的运动观 ①成就：牛顿所总结的运动定律，确立了严格的、用数值 表示的机械运动的因果关系。 ②局限性：不能解释微观世界的现象。
D．经典力学割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系
解析：经典力学也不适用于微观世界，并割裂了时间、空间、
物质及其运动之间的联系，选项 A 错误，B、C、D 正确。 答案：BCD
6．(多选)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
3．经典力学的适用范围 (1)适用范围：适用于宏观(＞10－10 m)、低速 (v≪c)、 _弱_引 __力 __场__(例如地球附近)中的运动物体。 (2)超出了以上范围要由相对论 、量子论取代。 二、了解相对论(选学) 1．狭义相对论中的主要效应 (1)运动长度 l 会收缩，即 l＝___l0____1_－__vc_22____。
解析： A、B、C 三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但 都很片面，没有全面描述，本题应选 D。 答案：D
5．(多选)关于经典力学的局限性，下列说法正确的是
()
A．经典力学没有局限性
B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度
接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了
C．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
(2)运动时钟会变慢，即 τ＝
τ0 1－vc22 。
(3)物体质量 m 随速度 v 的增大而变大，其关系为 m＝ _____m1_－0__vc_22。____
《经典力学的巨大成就和局限性》 知识清单
《经典力学的巨大成就和局限性》知识清单一、经典力学的巨大成就1、对天体运动的精确描述经典力学在天体力学领域取得了巨大的成功。
牛顿的万有引力定律能够准确地预测天体的运动轨迹，包括行星的绕日运动、卫星绕行星的运动等。
开普勒定律就是基于经典力学对天体观测数据的总结，而牛顿的理论则为其提供了更深刻的物理基础。
这使得人类对宇宙的认识从神秘和猜测走向了科学和精确。
2、工业革命中的应用在工业革命时期，经典力学为机械制造、工程设计等提供了坚实的理论基础。
工程师们能够利用力学原理设计和制造各种复杂的机器，如蒸汽机、纺织机等，极大地提高了生产效率，推动了社会的工业化进程。
3、对日常生活的影响经典力学在日常生活中也无处不在。
从建筑结构的设计，到交通工具的运行，再到简单的日常工具，如杠杆、滑轮等，都遵循着经典力学的规律。
例如，桥梁的建造需要考虑材料的强度和受力情况，以确保其能够承受车辆和行人的重量；汽车的制动系统也是基于摩擦力和牛顿运动定律来设计的。
4、科学方法的典范经典力学的发展过程展示了一种科学的研究方法。
通过观察现象、提出假设、进行实验验证和理论推导，最终建立起一套完整的理论体系。
这种方法成为后来科学研究的典范，推动了其他学科的发展。
5、促进数学的发展经典力学的研究需要运用到数学工具，如微积分等。
反过来，力学问题的解决也促进了数学的进一步发展，为数学提供了许多实际的应用场景和研究课题。
二、经典力学的局限性1、高速运动下的失效当物体的运动速度接近光速时，经典力学的理论就不再适用。
根据爱因斯坦的相对论，高速运动的物体质量会增加，时间会变慢，长度会缩短，这些现象都无法用经典力学来解释。
例如，对于微观粒子的高速运动，经典力学无法准确描述其行为。
2、微观领域的不适用在微观尺度下，如原子和亚原子粒子的世界，经典力学也遇到了挑战。
量子力学的发展揭示了微观粒子具有波粒二象性，其运动状态不能用确定的轨迹来描述，而是遵循概率分布。
经典力学中的确定性和连续性在微观领域被打破。
511.1经典力学的成就与局限性
一、经典力学的发展历程
２、力学发展的三个阶段 （１）伽利略、牛顿时代之前
对力学的研究大多直接反映在技术之中或完全融 合在哲学之内，物理学还没有成为独立的科学 （２）从伽利略到顿
是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系 的阶段，有一系列科学家为经典力学打下重要基础。
伽利略、笛卡儿、惠更斯、开普勒、牛顿 物理学从此成为一门成熟的自然科学 （３）牛顿之后 后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。
检测题
有关科学家和涉及的事实，正确的 说法是 ( A C )
A．哥白尼创立了日心说 B．伽利略发现了行星运动规律 C. 惠更斯解决了弹性碰撞问题 D．爱因斯坦提出了量子论
１、经典力学只适用于处理物体的低速 运动问题，不能用于处理高速运动问题。
当物体运动的速率远小于真空中的 光速时，经典力学仍然适用
２、牛顿运动定律不适用于微观领域 中物质结构和能量不连续的现象。
练习1、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
一、经典力学的发展历程
１、力学体系得以建立的原因
（１）生产需要的推动 （２）科学自身发展的要求
（３）因为力学研究的对象最简单
（４）有一系列科学家为牛顿力学的建立打下了重要的 科学基础
特别是 １）伽利略发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动， 奠定了牛顿第一和第二定律的基本思想。 ２）开普勒发现了行星运动三大定律，是牛顿万有引力 定律产生的最重要的前提。
二、经典力学的伟大成就
１、把人类对整个自然界的认识推进 到一个新水平，牛顿把天上运动和地上运 动统一起来，从力学上证明了自然界的统 一性。
第五章 学案1 经典力学的成就与局限性
学案1经典力学的成就与局限性[学习目标定位] 1.了解经典力学在科学研究及生产技术中的广泛应用.2.知道经典力学的局限性和适用范围．一、经典力学的成就1．经典力学：又称牛顿力学，经典力学体系是时代的产物，是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论．它是整个现代物理学和天文学的基础，也是现代许多门类工程技术的理论基础．2．经典力学的成就英国物理学家牛顿在1687年出版的著作《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系．经典力学只用几个基本的概念和原理就可以说明行星和卫星的轨道、开普勒的行星运动定律、彗星运动、落体运动、海洋的潮汐、汽车的运动、足球的运动以及宏观世界中人们日常看到的种种运动．二、经典力学的局限性1．牛顿的绝对时空观：时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关．2．经典力学的局限性：不能解释高速运动领域的许多客观现象；不能解释微观世界丰富多彩的现象．三、经典力学的适用范围经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场，超出以上范围，经典力学失效，要由相对论、量子论等来取代.一、经典力学的成就1．经典力学经典力学通常指以牛顿三大定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述低速宏观物体机械运动的经典力学体系．2．经典力学的巨大成就(1)把天体运动与地面上物体的运动统一起来．(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等．(3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命．(4)由牛顿运动定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础．二、经典力学的局限性1．经典力学是从日常机械运动中总结出来的，超出这个范围，经典力学常常就不适用了．2．绝对时空观：牛顿认为，时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关．(1)正确理解绝对时空观①时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的．②经典力学的时空观认为，时间就其本质而言是永远均匀地流逝，与任何其他外界事物无关，空间就其本质而言与外界任何事物无关，它从不运动，并且永远不变．(2)由绝对时空观得到的结论①同时的绝对性在一个惯性系中的观察者在某一时刻观测到两个事件，对另一个做匀速直线运动的惯性系中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观察者的运动状态无关．②时间间隔的绝对性任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系(或观察者)的运动无关．③空间距离的绝对性如果各个惯性系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与惯性系的选择(或观察者的运动状态)无关．3．经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．4．经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象．三、经典力学的适用范围1．经典力学有它的适用范围：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；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况．2．对于高速运动(速度接近真空中的光速)，需要应用爱因斯坦的相对论．当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．3．对于微观世界，需要应用量子力学．当普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．4．对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论．当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿万有引力定律计算出的力的差异并不很大．一、经典力学的巨大成就例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经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础；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．因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此类问题，所以选B.答案 B二、经典力学的适用范围例2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A、B、C三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.答案 D1．(经典力学的成就)关于经典力学的成就，下列论述正确的是()A．经典力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合B．经典力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在C．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性D．人们借助于经典力学中的研究方法，建立了完整的经典物理学体系答案AD解析经典力学把天上物体和地面上物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界的多样性的统一，第一次实现了人类对自然界认识的理论大综合．在研究方法上，人们把经典力学中行之有效的实验与数学相结合的方法推广到物理学的各个分支上，相继建立了热学、声学、光学、电磁学等，形成了完整的经典物理学体系．综上所述，应选A、D. 2．(经典力学的局限性)关于经典力学的局限性，下列说法正确的是()A．经典力学没有局限性B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了C．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D．经典力学的时间和空间分离的观点不准确答案BCD解析经典力学仅适用于宏观、低速运动的物体，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不再适用了，B对；经典力学无法解释微观领域中物质结构和能量不连续的现象，C对；同样D也对．3．(经典力学的适用范围)下列服从经典力学规律的是()A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船C．物体运动的速率接近于真空中的光速D．地壳的变动答案ABD解析经典力学适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B、D正确；当物体的运动速率接近于光速时，经典力学就不适用了，故C错误.题组一经典力学的成就1．关于经典力学，下列说法正确的是()A．经典力学是科学家通过探索身边的物体运动而总结出的运动规律B．经典力学在理论和实践上取得巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此，它是完全正确的C．经典力学不适用于高速、微观领域，而自然界中又不存在惯性系，因此，它是完全错误的D．经典力学是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段，随着探索的深入，视野的开阔，必然存在不完善的方面答案AD解析分析时既要看到经典力学的伟大成就，又要注意到经典力学的局限性及适用范围．由于认识水平的局限，科学家最早研究的是身边的事物，经典力学就是科学家通过探索身边的运动而总结出的运动规律，A正确．经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，但随着人们探索的深入、视野的开阔，人们发现经典力学也有局限性，它不适用于高速、微观领域，所以B、C错误，D正确．2．下列说法正确的是()A．经典力学中物体的质量是不变的B．经典力学中的时间和空间是独立于物质及其运动的C．万有引力定律适用于强引力D．物体的速度可以是任意值答案AB3．根据经典物理学知识，人们对时间和空间的认识，下列说法正确的是()A．时间和空间是绝对的，与物质的存在和物质的运动都无关B．时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间也无联系C．时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系D．时间和空间不能脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系答案AB题组二经典力学的局限性4．20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，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．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案BCD解析人们对客观世界的认识，要受到他所处时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原有科学的全盘否定．所以A错，B、C、D对．5．继哥白尼提出“日心说”、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，人不可能认识世界的全部，只能认识世界的一部分B．人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界C．人对世界的某一个正确认识往往都有局限性，需要发展和深化D．第一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识答案BC解析发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的，主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解释)问题的方法，这是科学研究的基本轨迹．任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形成的“正确理解”都有一定的局限性，爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战．题组三经典力学的适用范围6．牛顿力学的适用范围是()A．适用于宏观物体的低速运动(与光速相比)B．适用于微观粒子的运动C．适用于宏观物体的高速(与光速相比)运动D．适用于受到强引力作用的物体答案 A解析牛顿力学属于经典力学，它只适用于低速、宏观物体的运动以及弱引力作用时的情况．故A对，B、C、D错．7．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．微观粒子的运动答案 D解析经典力学只适用于低速运动，不适用高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界，所以不能适用于微观粒子的运动．8．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而改变D．在经典力学中，时间随运动状态而改变答案BC解析经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错误，B正确．在经典力学中，物体的速度v≪c，所以物体的质量、时间不随运动状态而改变，C正确，D错误．。
论经典力学的成就与局限性
论经典力学的成就与局限性姓名：张东升学号:2010448208班级：10通信一、经典力学的成就经典力学的理论体系是以牛顿运动三定律为基础的。
牛顿系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律，于1687年出版了《自然哲学数学原理》。
这是牛顿的一部代表作，也是力学的一部经典著作。
牛顿在这部书中，从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力等)和基本定律(运动三定律)出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了经典力学的完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体的力学统一起来，这是物理学史上第一次大的综合。
所以，牛顿的《自然哲学数学原理》的出版，标志着经典力学体系的建立。
这对科学发展的进程以及后代科学家们的思维方式产生了极其深刻的影响。
牛顿力学的建立标志着近代理论自然科学的诞生，并成为其他各门自然科学的典范。
二、经典力学的局限性创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约，牛顿当然也不例外。
由于受到时代的局限，牛顿创立的经典力学的基本概念和基本原理存在着固有的局限性，主要表现在以下几个方面：第一，引入了绝对时间、绝对空间等基本概念。
按照牛顿的说法，绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着。
绝对空间就其本性而言，是与任何外界事物无关而永远是相同的和不动的。
绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所的移动。
量子论的发展，对时间概念提出了更根本的问题。
量子论的结论之一就是：对于一个体系在过去可能存在于什么状态的判断结果，要决定于在现今的测量中做怎样的选择。
这种现在与过去之间的相互关系，是与因果顺序概念十分不同的，暗含于时间概念中的因果序列要求过去的存在应是不依赖现在的。
因此，用时间来描述事件发生的顺序，可能并不总是合用的。
空间与时间是事物之间的一种次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一种近似。
高一物理经典力学的成就与局限性
四 狭 义 相 对 论 的 基 本 原 理
.
相对时间
t
t0 v 1 c
2
相对长度
v L L0 1 c
2
相对质量
m
m0 v 1 c
2
Hale Waihona Puke Einstein 对相对论的解释:
当你和一个漂亮 姑娘在一起坐一小 时,你感觉只坐了一 分钟,当你坐在火炉 旁一分钟,就好象坐 了一小时,这就是相 对论。
伽利略阐明了运动的相对性原理 伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理 帕斯卡发现帕斯卡原理 马德堡半球实验、验证大气压力 发现胡克定律——弹簧弹力和形变的关系
牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐明了 运动定律和万有引力定律
时 间 公元前三世纪 1609，1619 1632 1638 1653
1663 1678
三.经典力学的局限性和适用范围
⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（v <<c）
⑵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 ⑶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。
※经典力学与与运动速度※ ※牛顿运动定律与参考系※
【提示】牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。 【答案】不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。
1905年，出生于德国的美 籍物理学家阿尔伯特· 爱 因斯坦（1879──1955） 发表了狭义相对论。这个 理论指出在宇宙中唯一不 变的是光线在真空中的速 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。
牛顿经典力学的局限性
适用于低速，宏观，弱引力物体
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哥白尼、亚里士多德
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
英 国,1642～ 1727年 国别 古希腊,约公元前 意大 生活 384～公元前322 利,1564～ 1642年 年代 年 主要 的科 观察、思维、推 学研 理 究方 法 力学 方面 的主 要成 就 法 荷 国,1596 兰,1629～ ～1650 1695年 年
在经典力学中,物体的质量是不随运动状态改 变的。但是,按照20世纪初著名物理学家爱因斯坦 建立的狭义相对论,质量要随物体运动速度的增大 而增大。物体的质量与运动速度的关系:
m
m0 v 1 2 c
2
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 。
m
m0 v 1 2 c
四、两种不同的时空观
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。
伦琴发现X射线
汤姆生发现电子
贝克勒耳发现 天然放射线
宏观领域
微观世界
经典力学难以解释微观粒子的运动: 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。20世纪20 年 代量子力学的出现,才很好地揭示了微观世界的基 本规律。
经典力学(牛顿 运动定律)在宏 普朗克创立 量子力学 观世界中成立 (适用),微观世 界不适用。
现在问:炸弹所经过的各个"位置"是"的确" 在一条直线上,还是在一条抛物线上的呢?
可见,在非惯性系中,牛顿定律不再成立。
经典力学(牛顿运动定律)在惯 性系中成立(适用)。
借助于这一实例可以清楚地知道不会 有独立存在的轨线("路程——曲线");而 只有相对于特定的参考物体的轨线。
二、经典力学受速度限制的分析
经典力学的基础是牛顿运动定律, 万有引力定律更确立了牛顿的地位,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,经受实践检验。 由牛顿力学定律导出的动量守恒定 律、机械能守恒律等是航空航天技术理 论的基础。火箭、人造地球卫星、航天 飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器 的发射,都是牛顿力学规律的应用范 例……
总之
经典力学只适用于低速、宏观、弱
引力的情况。
当物体的速度远小于光速c时,相对论 物理学和经典物理学的结论没有区别。
当另一个重要的常数即"普朗克常量"
可以忽略不计时,量子力学和经典力学的
结论没有区别。
互为补充,互不矛盾,互不否定共同支撑起 物理学科的骨架。
高速
狭义相 对论
广义相 对论
宏 观 低 速
1905年,出生于德国的美籍物理 学家阿尔伯特· 爱因斯坦(1879-1955) 发表了狭义相对论。这个理论指出 在宇宙中唯一不变的是光线在真空 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。
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?
Einstein对相对论的解释
当你和一个漂 亮姑娘在一起坐一 小时,你感觉只坐了 一分钟,当你坐在火 炉旁一分钟,就好象 坐了一小时,这就是 相对论。
Albert Einstein
世纪伟人
经典 力学
量子 力学
强引力
微观世界
七、牛顿的科学方法
"科学足迹"中总结了牛顿的科学方法, 这些科学方法值得我们借鉴。 重视实验:重视实验,从归纳入手,这是牛 顿科学方法论的基础。 逻辑推论:为了归纳成功,不仅需要大量 的可靠资料与广博的知识,而且要有清晰的 逻辑头脑。 数学归纳:事物之间的本质联系只有通 过数学才能归纳为能够测量、应用和检验的 公式和定律。
五、强引力作用下出现的问题
牛顿运动定律只适用于弱 引力,在强引力的作用下,牛 顿的引力理论不再成立。
牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就,但在一 些问题上也遇到了困难。例如:水星的公转轨道在不 断旋进,其实际观察值要比经典力学的预言值多。 1915年,爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很 好的解释,同时还预言光线经过大质量星体附近时会 发生偏转,且已被观测证实。 另外,根据牛顿的理论,当天体被压缩成半径几乎 为0的一个点时,引力趋于无穷大;而爱因斯坦的理论 则认为,引力趋于无穷大发生在半径接近一个"引力 半径"的时候,这个引力半径的值由天体的质量决定。 当天体的实际半径接近引力半径时,由爱因斯坦和牛 顿引力理论计算出的力的差异急剧增大,在强引力情 况下牛顿引力理论不再适用。
观察实验、 实验观 假设、数 察、数 学推理三 学推理 者相结合
归纳与演绎、 实验、数学 综合与分析、 推理 实验观察等
两个反面的结论: ①自由落 ①力是维持物体 体运动规 律。 运动的原因。 ②重的物体比轻 ②力学相 的物体下落得快。 对性原理
惯性定 律
①制成了世 界上第一架 计时摆钟。 ①三大运动 定律、②万 ②测量出重 有引力定律。 力加速度的 值。
时间、长度和 (1)同时是相对的 质量这三者都 (2)动钟变慢 与参考系的运 (3)动尺变短 (4
狭义相对 论
相对空间
经典时空观与相对论时空观
经典时空观 狭义相对论时空观
光速 同时 相对的 绝对的 绝对的(不变) 相对的
时间与 与运动无关, 与运动有关, 绝对的 空间 相对的 与运动无关, 随速度增加而增大 质量 不变的
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。
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。
武胜中学
吴建兵
经典力学模块分类
静力学(描述静止物体) 运动学(描述物体运动) 动力学(描述物体受力作 用下的运动)
经典力学
(牛顿力学)
牛顿所说:"如果说我看得远,那是因为我站在 巨人们的肩上。"
牛顿三大定律 经 典 力 学 金 字 塔 的 建 立
牛顿 笛卡尔、胡 克、哈雷等
万有引力定律
开普勒
伽利略、第谷
"科学漫步"栏目中提到了牛顿和爱因斯坦的
(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。
(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
六、经典力学的适用范围
经典力学有它的适用范围: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;只适用于弱引力情况,不适用于强引力情况。
对于高速运动(速度接近真空中的光速),需要应用爱 因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光 速时,相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 对于微观世界,需要应用量子力学。当普朗克常数可 以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。 对于强引力情况,需要应用爱因斯坦引力理论。当天 体的实际半径远大于它们的引力半径时,爱因斯坦引力 理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。
不敢相信图中的横线是平行的,不过它就是平行的
两个位于中心的圆哪个大?其实一样大的!
三、经典力学在分析宏观与微观的困难
第二次革命的导火索是物理学史上的三大发现:伦琴发现 X射线、汤姆生发现电子 、贝克勒耳发现天然放射线,使 物理学的研究从宏观领域进入了微观世界。人们发现,微 观粒子所表现出的现象用经典物理理论根本无法解释。
经典力学的局限性和适用范围?
一、对牛顿运动定律受参考系限制的认识 经典力学中的空间和时间 力学的目的在于描述物体在空间中的位 置如何随"时间"而改变。 这里,"位置"和"空间"应如何理解是不清 楚的。设一架飞机正在匀速地行驶,从飞机上 投下一枚炸弹。那么,如果不计空气阻力的影 响,飞行员看见炸弹是沿直线落下的。从地面 上观察这一举动的行人则看到炸弹是沿抛物 线落到地面上的。
2
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。
经典力学(牛顿运动定律)在低速运动的 物体(低速世界)中成立(适用)。
设河流中的水相对于河岸的速度为v水岸, 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：