牛顿经典力学

6.以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什么?
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．
预习梳理
1．在经典力学中，物体的质量是不随运动的状态改变的， 而狭认相对论指出，质量要随着物体运动速度的 增大
L L0
1


v c

2
二、从宏观到微观
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。他们的运动 在很多情况下不能用经典力学来解释， 而用量子力学来解释。说明经典力学只 适用于宏观世界，而不适用于微观世界。
经典力学只适用于低速运动的物体，而不适用于高速 运动的物体，只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
三、从弱引力到强引力
万有引力属于弱引力
爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定 程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径 为1 m)，天体间的引力就趋于无穷大
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，在强引力的情况下，牛顿的万有引 力理论将不再适用．
针对练习 2 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
的运动均适用
B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
相对时间
狭义相对论认为时间不是绝对的即不是固定不
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。
t
t0
1


一、经典力学受速度限制
牛顿经典力学: 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.
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 观察者的参考系而变化。
(1)高速的概念
错误．狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，
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相对论的结论与经典力学没有区别，B 错误．量子力学正
确地描述了微观粒子运动的规律，C 正确．万有引力定律
只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用
的，D 错误．
针对练习 1 下列说法正确的是
(B )
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
二、经典时空观和相对论 典例 2 关于经典力学和相对论，下列说法正确的是( D )
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
解析 相对论的建立并没有否定经典力学，而是认为经典 力学是相对论在一定条件下的特殊情形，所以 A、B、C 均 不正确，D 正确．
v 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。
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，质量要随着物体运动速度的
增大而增大．即m＝
m1－0 vc22.
(3)经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运
动．
对于公式m＝
m1－0 vc22，下列说法中正确的是(
)
A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量
3．19 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．
4．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．
B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量为m>m0，即
物体质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的
• C．当物体以较小的速度运动时，质量变 化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只 有当物体以接近光速运动时，质量变化才 明显，故经典力学适用于低速运动，而不 适用于高速运动
• 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
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 力学的关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此 类问题．
5．爱因斯坦的广义相对论说明：在 强引力 的作用下，牛 顿引力理论将不再适用．
探究归纳
一、经典力学的局限性的理解
典例 1 下列说法中正确的是
(C )
A．经典力学适用于任何情况下的任何物体
B．狭义相对论否定了经典力学
C．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D．万有引力定律也适用于强相互作用力 解析 经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，A
v2
而 增大 ，即 m m0 1 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． 在低速运动中，物体的质量增大十分微小，可以忽略， 经典力学完全适用．但如果物体的速度接近光速，物 体的质量明显增大，经典力学就不适用了．
2．在牛顿看来，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参考系 中是 不同 的．