4-5 经典力学的成就和局限性
经典力学的成就与局限性
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。
第一、二节 经典力学的成就与局限性 经典时空观与相对论时空观
伽利略相对原理和电磁规律的矛盾促使人们思考下述问题： 绝对时空观的观念是不是需要修正？ 这个时候整个物理学界陷入
困惑 ？？？
20世纪最伟大的科学家爱因斯 坦对这个问题进行了深入研究，
并在1905年发表了论文《论动
体的电动力学》，在这篇论文 里对上述问题作出了对整个物 理学界乃至整个科学界都有变 革意义的回答。 在这篇论文中，爱因斯坦提出了两个假设， 并在这两个假设的基础上构筑了狭义相对论力学。
4.下面有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（ AC ） 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
5.一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得 某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法 中正确的是（ A ）
A．火车上的人测得，闪光先到达前壁
爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人，相对论—— “质能关系”的提出者，“相对论量子力学诠释”的捍 卫者（振动的粒子）——不掷骰子的上帝
一
经典力学的发展历程：
1.宋末元初以前中国的物理学研究一直领先于西方。
2.《墨经》(春秋战国)——世界上最早的物理学著作。
《考工记》——世界上最早的应用物理学著作。 3.中国古代著名的物理学家： 地动仪、浑天仪 张衡 祖冲之 指南车
经典时空观
相对论时空观
同时的绝对性 主要 结论
时间间隔的绝对性 空间距离的绝对性
同时的相对性
运动的时钟变慢 运动的尺子变短
质量不变 主要 内容 时间和空间彼此独立、互 不关联，且不受物质或运 动的影响。
质量随速度的增大而增大 时间和空间相互关联，质 量随物体的运动状态的改 变而改变。
不同的品格导致不同的兴趣爱好。
经典力学的局限性
2
2.相对长度（长度收缩）
v L L 1 c
爱尔兰物理学家乔治· 佛兹杰拉德 2 （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，一枚以接近光线运行的 0 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。
门自然科学的典范； ⑶经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会的进步具 有深远影响： ①经典力学形成的科学研究方法的推广应用； ②经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促 进了自然科学的进一步发展； ③经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的 发展。
三.经典力学的局限性和适用范围
①所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。 ②所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。
1905年，出生于德国的美籍物理 牛顿的局限
学家阿尔伯特· 爱因斯坦 1)绝对时空观 （1879──1955）发表了狭义相 认为时间与空间无关，时空与运动 对论。这个理论指出在宇宙中 无关，是绝对的物理量。 唯一不变的是光线在真空中的 2)当一些问题牛顿解释不了时，它 速度，其它任何事物──速度、 就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿 长度、质量和经过的时间，都 花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲 随观察者的参考系（特定观察） 剧。 而变化。
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。
(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．。
经典力学的巨大成就和局限
《经典力学的巨大成就和局限性》教学设计兰州市第三十四中学孙永林内容范围高中物理沪科版必修二第六章第一节《经典力学的巨大成就和局限性》设计意图“经典力学的巨大成就和局限性”是属于高中物理学发展史方面的内容,本节内容主要包括经典力学的发展，经典力学的伟大成就和经典力学的局限性三部分内容。
本节课主要以学生自主探究学习和合作学习为主，紧扣课本，适当拓展，体现物理观念形成的过程。
运用科学思维方法，从定性和定量两个方面对经典力学的发展进行科学推理，找出规律，形成结论，能够运用经典力学的结论对生活中的实际问题进行描述、解释和预测。
通过对经典力学的局限性的了解，引导学生具有批判思维的意识和科学探究的意识。
能大胆质疑，从不同角度发现问题、思考问题，并大胆提出猜想和假设，具有自主交流的意愿和能力，追求科技创新。
通过对经典力学的成就和局限性的讨论交流学习，能正确认识经典力学的本质，具有学习和研究物理的好奇心和求知欲。
知道科学、技术、社会、环境存在相互的联系。
本节课可以结合课堂与课外网络学习完成，课堂上注重引导学生经历建模过程，突破难点，侧重发展学生的建模能力，推理能力、探究和交流的能力，将评价和学习的过程紧密结合起来。
提高学生学习物理的兴趣，有利于学生学科素养的养成和发展。
课程标准分析本课的课标要求是了解经典力学的发展历程，了解经典力学所取得的伟大成就，认识经典力学的局限性和适用范围。
教材分析本节结构布局清晰，采用了图文结合的呈现方式，可以增强学生的感悟能力，激发学习兴趣。
学情分析在学习本节之前学生已经学习了牛顿运动定律和万有引力定律，对力学体系的几个基本模型和思想方法有了一定的了解和把握。
但是对于力学体系是如何发展而来，又是怎样建立的还缺乏正确地认识。
因此我们可以通过本节课的学习，让学生跟从历史的脚步了解经典力学的发展和成就，进而认识经典力学的局限性。
高一学生正是思维活跃，求知欲强，在思维方式上由形象思维向抽象思维过渡，已经具备了一定的分析、解决问题等能力，自主学习意识不断增强，对知识体系的探究和梳理具有强烈的兴趣和激情。
《经典力学局限性——爱因斯坦的世界》
经典力学的成就和局限性
一、经典力学的发展过程及伟大成就
二、遇到的两朵乌云
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）
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，
1）牛顿的万有引力定律认为：物体 的半径减小，其表面的万有引力与半 径的二次方成反比的增大，对于半径 接近于零的物体。其表面上的万有引 力接近于无穷大。
2）爱因斯坦理论认为：物体的半径减 小时，其表面的万有引力比二次方成反 比规律增大得多，引力趋于无穷大，发 生在接近一个“引力半径”的时候。 何为天体的引力半径? 假定一个球形天体的质量不变，并通 过压缩减小它的半径，天体表面上的引力 将会增加，当引力趋于无穷大时，被压缩 天体半径接近的值——“引力半径”．
天上一天， 地上一年
（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。
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。
阅读课本第50页，归纳万有引力定律与 爱因斯坦引力理论的主要差异：
只要天体的实际半径远大于它们的 引力半径，那么爱因斯坦和牛顿的理 论计算出的力的差异并不很大．但当 天体的实际半径接近引力半径时，这 种差异将急剧增大．这就是说，在强 引力的情况，牛顿的万有引力理论将 不再适用．
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。
高一课件集6.1 经典力学的巨大成就和局限性
29
五、经典力学的局限性 1、经典力学只适用于处理物体的低速运动（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。
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惯性参考系：
凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称
14
第二阶段： 从伽利略到牛顿。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。
第三阶段： 牛顿之后。经典力学又有新的发展，这一阶段主要是 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。
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我们认识物理这门学科，已经有三年了，同学们，你 有没有意识到自己是幸运的？我们从一开始就被直接带入 了这座宏伟壮丽的物理学大厦。而这座大厦是由一大批杰 出的物理学家前赴后继、呕心沥血构建而成的。
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经典力学应用一瞥
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四、经典力学方法论的意义 经典力学方法的典型就是伽利略和牛顿的研究方法
伽利略开创了将实验、逻辑（数学）相结合的方法
——“自然数学化”的方法。
牛顿的方法可称为“归纳—演绎法”，演绎的结果必 须诉诸实验验证。
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伽利略和牛顿的科学方法影响深远，成为后来物理学 家的一种朴实的自发倾向，并不断得到发展和完善，逐渐 成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义 很大。
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实验观察、
主要的科学研究方法
数学推理
力学方面的主要成就 笛卡儿 法国，
惯性定律
1596～1650年
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实验观察、
主要的科学研究方法
《经典力学的巨大成就和局限性》 说课稿
《经典力学的巨大成就和局限性》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是《经典力学的巨大成就和局限性》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析本节课是高中物理必修 2 中非常重要的一节内容，它在整个物理学的发展历程中具有承上启下的作用。
经典力学作为物理学的重要基础，不仅对过去的科学发展产生了深远影响，也为现代物理学的发展奠定了坚实的基础。
通过对经典力学成就的学习，学生能够体会到物理学的魅力和科学方法的重要性；而对其局限性的探讨，则有助于培养学生的批判性思维和科学态度，为后续学习相对论和量子力学等内容做好铺垫。
二、学情分析学生在之前的学习中已经掌握了牛顿运动定律、万有引力定律等经典力学的基本内容，具备了一定的分析和解决物理问题的能力。
然而，对于经典力学的发展历程、成就以及局限性，学生可能缺乏系统的认识和深入的思考。
在这个阶段，学生的思维正处于从形象思维向抽象思维过渡的时期，对于一些较为抽象的概念和理论，可能需要更多的实例和引导才能理解。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够了解经典力学的发展历程和主要成就，包括牛顿运动定律、万有引力定律等。
（2）理解经典力学在宏观、低速领域的适用范围和局限性。
2、过程与方法目标（1）通过对经典力学发展历程的回顾，培养学生的历史思维和科学探究能力。
（2）通过对经典力学局限性的讨论，提高学生的批判性思维和创新能力。
3、情感态度与价值观目标（1）让学生感受物理学的发展是一个不断完善和创新的过程，培养学生的科学精神和探索精神。
（2）激发学生对物理学的兴趣，增强学生的学习动力。
四、教学重难点1、教学重点（1）经典力学的主要成就，如牛顿运动定律和万有引力定律的应用。
（2）经典力学的适用范围。
2、教学难点（1）理解经典力学的局限性。
（2）引导学生正确看待经典力学在物理学发展中的地位和作用。
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。
高中物理-导必修二经典时空观与相对论时空观
厢前后两壁是同时被照亮的,地面上的人也应认为前后壁是被同时
照亮的,但有了光速不变原理时,情况就不一样了,当火车速度较大
时,地面上的人将认为光先到达后壁,而后到达前壁,这就是“同时的
相对性”.
时间进程对于同一个参考系(惯性系)是没有变化的,而从另一个
的时间,地面上的观察者与运动的车上观察者的测量结果是不同的,
运动的车上观察者测量的时间间隔短些.
上面式子具有普遍意义,当从地面观察以速度v前进的火车时,车
上的时间进程变慢了,不仅时间变慢了,物理、化学过程和生命的
过程都变慢了,但车上的人都没有这种感觉,他们反而认为地面上
的时间进程变慢了.
自主预习
一
种观测效应.
自主预习
一
二
知识精要
合作探究
典题例解
迁移应用
一、经典时空观与相对论时空观的主要区别
1.实基础不同
我们通过生活经验,通过对周围世界的观察最容易接受的是经典
时空观(又叫绝对时空观),因为经典时空观是以v≪c的低速运动下
的实验为基础建立的.而相对论时空观建立在光速不变的假设上,
在高速运动的情形中,相对论效应才会明显,由于缺少高速运动中
自主预习
一
二
知识精要
合作探究
典题例解
迁移应用
由于两个参考系相对速度很大,从一个参考系看另一个参考系里
的长度,顺着速度方向的长度会变短,这是严格推算出来的.这可以
从列车高速对开时笛声频率发生变化受到启发,也可以从速度较快
的汽车上看到外面的树木感到似乎有某种变化等理解长度变短.这
里要强调说明在垂直于速度方向的长度基本不变,这一点在学习时
4-5 经典力学的成就和局限性
v dp v v F = , p = mv dt 1 2 2 3 相对论动能 Ek = mc − m0 c Ek = m0 v 2 v << c 2
4 相对论质能关系
第四章 刚体转动
v v F = ma
E = mc
2
* 4 – 5 经典力学的成就和局限性 二 确定性与随机性
物理学教程 第二版） （第二版）
第四章 刚体转动
* 4 – 5 经典力学的成就和局限性 三 能量的连续性与能量量子化
物理学教程 第二版） （第二版）
经典物理中，宏观物体的能量是连续变化的， 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， 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
* 4 – 5 经典力学的成就和局限性
物理学教程 第二版） （第二版）
17 世纪牛顿力学构成了体系 . 可以说， 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， 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， 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， 力学这一科学，海王星的发现就充分显示 了这一点 .
第四章 刚体转动
* 4 – 5 经典力学的成就和局限性 一
物理学教程 第二版） （第二版）
经典力学只适用于处理物体的低速运动（ 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 v2 1− 2 c v
确定性: 已知物体初始运动状态及所受的力,应用牛 确定性 已知物体初始运动状态及所受的力 应用牛 顿定律可以确定运动物体任意时刻的运动状态和确定的 运动轨迹.初始运动状态的微小变化只能引起运动轨迹的 运动轨迹 初始运动状态的微小变化只能引起运动轨迹的 微小变动.海王星的发现是牛顿力学确定论成功的典范 微小变动 海王星的发现是牛顿力学确定论成功的典范. 海王星的发现是牛顿力学确定论成功的典范 牛顿力学具有内在随机性: 牛顿力学具有内在随机性 应用牛顿定律可解的问 题只是线性的, 在自然界中只是一些特例, 题只是线性的 在自然界中只是一些特例 普遍存在的问 题都是非线性的. 现在知道, 题都是非线性的 现在知道 只要确定论的系统稍微复杂 一些, 它就会表现出随机行为, 运动对初始条件特别敏感， 一些 它就会表现出随机行为 运动对初始条件特别敏感， 存在混沌现象.目前关于混沌的研究已涉及到生物学 目前关于混沌的研究已涉及到生物学、 存在混沌现象 目前关于混沌的研究已涉及到生物学、 天文学、社会学等领域 . 天文学、
经典力学
牛顿用自己毕生的精力，建起了一座科学丰碑，他的研究推动了人类文明的进程，它在宏观物理学的各方面所取得的成就就是极其广泛和辉煌的。然而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，牛顿在否定亚里士多德以来有关错误论述和含糊概念、创立牛顿力学的同时，也在其中隐含了自我否定的潜在因素。诚如恩格斯所说的：“凡在人类历史领域中是现实的，随着时间的推移，都会成为不合理的；因而按其本性来说已经是不合理的，一开始就包含着不合理性”。(《马克思恩格斯选集》第四卷)
经典力学的基本概念和基本原理在热力学中也遇到了一些麻烦。1865年，克劳修斯确立了热力学第二定律，该定律揭示出与热现象有关的物理过程具有不可逆性。在经典力学中，从来也未发现类似的情况，力学过程的可逆性是由普遍的力学原理做保证的。可是热力学第二定律也是普遍成立的，因此，这个矛盾是无法用力学的基本观念予以解释的。
由于牛顿尽力把他的体系表现为由经验必然性所决定的，特别是由于经典力学在实践上的巨大成就，足以阻碍后人去思考那些基本概念和基本原理的先验特征，以至于在相当长的时期内，无论谁也没有想到，整个物理学的基础可能需要从根本上加以改造。事实上，物理学在每一个历史时期都有它自己的基本概念和基本原理，而继后的时期人们又往往夸大它们的作用，不适当地把它们误用到其所能及的范围之外。为了消除这种误用，每—个历史时期都需要一种新的启条。
同样，纳入力学框架中的光的波动论也难以自圆其说。按照波动论，光被解释为充满宇宙空间的以太的振动。由于光是横波，因此以太必须具有承受切应力而不承受压应力的能力，又由于以太对可称量物质并不产生可观察到的阻力，它又必须具有极小的密度。为此，人们绞尽脑汁，臆想出种种以太模型。这种无所不能、无奇不有的以太反倒使人如堕五里雾中。
经典力学的局限性
02:33
二. 物体的质量与运动速度有关: 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
6 经典力学的局限性
一.牛顿主要贡献:
牛顿
牛顿三大定律
万有引力定律
02:33
牛顿所说： “如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。”
经
牛顿
典
力
笛卡尔、胡
学
克、哈雷等
金
字
开普勒
塔
的
建
伽利略、第谷
立
哥白尼、亚里士多德
02:33
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
量要随物体运动速度的增大而增大。物体 的质量与运动
速度的关系是 m
m0
1 v2 ，
c2
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。
七. 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。
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。
经典力学的局限性
经典力学的局限性［要点导学］1．以牛顿运动定律为基础的经典力学，在万有引力定律建立后，更趋完美。
几乎能解释当时所能看到的从天体到地面上的物体的运动现象，而且是那么地与实际相符合。
于是经典力学就被人们广泛接受，并被用到实际中去，带来了许多新技术革命，对人们的生产和生活带来了重大的影响。
2．经典力学的局限和任何理论一样，经典力学也有它的局限性，有它的适用范围。
（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。
根据牛顿万有引力定律，假定一个球形天体总质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加。
半径减小到原来的二分之一，引力增大到原来的四倍。
爱因斯坦引力理论表明，这个力实际上增大得更快些。
天体半径越小，这种差别越大。
根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为零的一个点时，引力趋于无穷大。
爱因斯坦的理论则不然，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候。
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第四章 刚体的转动
* 4-5 经典力学的成就和局限性
* 4-5 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
三
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）具有波粒二象 性，它们的位置和动量相互联系，但不能同时精确确 定，并且一般用牛顿定律可解的问 题只是线性的, 在自然界中只是一些特例, 普遍存在的问 题都是非线性的. 现在知道, 只要确定论的系统稍微复杂 一些, 它就会表现出随机行为, 运动对初始条件特别敏感， 存在混沌现象.目前关于混沌的研究已涉及到生物学、 天文学、社会学等领域 . 3
* 4-5 经典力学的成就和局限性
4 相对论质能关系
F ma
E mc
2
2
* 4-5 经典力学的成就和局限性 二 确定性与随机性 确定性: 已知物体初始运动状态及所受的力,应用牛 顿定律可以确定运动物体任意时刻的运动状态和确定的 运动轨迹.初始运动状态的微小变化只能引起运动轨迹的 微小变动.海王星的发现是牛顿力学确定论成功的典范.