经典力学的局限性
6经典力学的局限性
一、从低速到高速
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。 F m 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。 由运动学公式可知：物体的速度v=at 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。常识告诉我们，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 否经典力学的错误？ 爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以接近光速运动所 遵循的规律，得出了一些不同与经典力学的观念和结论。 m0 1、在经典力学中，物体的质量是不随运动状态 m= 2 v 改变的，而狭义相对论认为：物体的质量要随物 1- 2 体运动速度的增大而增大，即 c
质速关系 :
m=
m0 v2 1- 2 c
t 0 m0为静止质量， m是物体速 2 v t L L 1 度为0 v时的质量， c是真空中 2 2 v 1 2 的光速 c c
例如：(1)v＝0．8c时，物体的质量约增大到静止 质量的1．7倍，这时经典力学就不再适用了． (2)如地球以v＝30km／s的速度绕太阳公转 时，它的质量增大十分微小，可以忽略不计，经典 力学完全适用。 2、运动的物体和静止的物体相比不仅质量变了，而且 沿运动方向的长度和时间都要变化，都具有相对性。
相对论和量子力学是哪一ห้องสมุดไป่ตู้更广泛的理 论的特殊情形呢？我们现在还不知道……”
总结:
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．
【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。
第五章第1节经典力学的成就与局限性
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
返回
[思路点拨] 解答本题应注意以下三个方面： (1)两种理论是历史发展的不同阶段人类对科学的不 同认识。 (2)在弱引力作用下，低速运动的宏观世界，两种理 论是一致的。 (3)经典力学是相对论、量子理论在一定条件下的特 殊情况。
[随堂基础巩固]
返回
[课时跟踪训练]
返回
返回
[借题发挥] 人们认识发现自然规律都要经过一个曲折的过程，新 的理论的出现并不一定是对已知理论的全盘否定，如经典 力学是相对论力学在低速宏观情况下的近似。
返回
下列说经典力学
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
返回
下列说法中正确的是
()
A．经典力学是以牛顿的三大定律为基础的
B．经典力学在任何情况下都适用
C．当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了
D．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义
解析：牛顿运动定律是经典力学的基础，A正确。经典
力学只适用于低速宏观的物体，B错误，C正确。相对论
和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典
返回
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。 答案：B
返回
返回
返回
返回
返回
经典力学的局限性
一、牛顿主要贡献
牛顿三定律
牛顿
万有引力定律
变量数学微积分
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。著名物理学家杨振宁赞颂到： “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 版的那天。”
趣例：
说船上的物体下落，从船上看是自由落体，从岸边看就是平抛了
当你驾驶飞快的汽车通过一个门洞时，从你的角度来看这段距离 要比实际距离短得多。这种情况在日常生活中经常被忽略不被注 意是因为物体运动速度都很慢，长度收缩现象不明显。
屋子中有两盏灯，A站在两盏灯中间，B以一定速度踩着滑板向一 盏灯运动正好到达中间。当两灯同时打开时A看到的现象是两灯同 时亮，而B看到的却是面对他的那盏先亮，背对他的那盏后亮。
爱因斯坦广义相对论
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
强引力
量子力学
经典力学
宏观低速 微观世界
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！
五、从宏观到微观
19世纪末-20世纪，深入到微观领域，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，很多情况下经典力学说明不了。
量子力学
爱因斯坦提出的光子的概念，认为光既是电磁波，又是一份一份传播的
二、经典力学的困境：
低速世界(经典力学)
高速世界（相对论）
在宏观低速的世界：一切都理所当然？
宏观物体低速运动（远小于光速），经典力学完全适用。
§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．。
经典力学的局限性
经典力学的局限性主讲：黄冈中学高级教师涂秉清经典力学的基础是牛顿运动定律、万有引力定律的建立，它是使人们对牛顿物理学的尊敬。
牛顿运动定律、万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广三角领域，包括天体运动的研究中，接受了实践的检验，取得了巨大的成就。
一、从低速到高速经典力学对低速运动物体（速度远小于光速）完全适用，不适用于高运动的物体。
（接近光速）爱因斯坦狭义相对论指出（20世纪初）可见v较小时m m0 v→0.8C时m→1.7m再则，对于非惯性参考系，牛顿运动定律也不适用。
车内小球放在光滑桌面上，当车突然加速前进时，甲看见小球在桌上左移，（是乎违背牛顿运动定律，乙看见球不动。
）二、从宏观到微观经典力学对于宏观世界的物体，不适用于微观粒子。
19世纪末20世纪初，人们发现微观粒子（中子、质子、电子）不仅具有等效性，同时具有波动性。
（高三时期学习），其表现形式不能完全用经典力学来说明，如电子、质子的衍射，光子的运动，相对论与量子力学的出现，才能正确描述微观粒子的运动。
三、从弱引力到强引力万有引力定律的发现，解释了天体运动的规律，并预言和发现了海王星和太阳系的其它天体，将地面上物体的运动规律与天体运动规律统一起来，将经典力学理论推上了当代科学的高峰。
但牛顿的经典力学又遇上了新的问题：四、经典力学的引力理论只适用弱引力场，不适用于强引力场（1）水星公转轨道的不断旋进按牛顿万有引力理论，水星（天体）运动应该是一椭圆或圆，然而实际的天文观测并非如此，在近日点轨道不断旋进（近日点水星处于强引力场，较其它行星近日）（2）按牛顿万有引力定律，若某球形天体质量不变，将其压缩到原半径一半的体积，天体表面引力变为原四倍（平方反比），而事实上并非如此。
爱因斯坦的引力理论表明，引力增加更快，半径越小，这种差别越大。
（3）对于高密度天体，如白矮星r=r地·ρ（108～1010kg/m3），中子星ρ（1016～1019）kg/m3。
物理经典力学局限性
2
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”。
3.空间的相对性——“尺缩效应”
v 空间的相对性符合以下规律： L L 1 c
2
式中v是运动物体的速度，c是真空中的光 速，L’是运动体中的观察者测得的长度，L 是地面上的观察者测得的长度。 2 v 由于 1 ＜1，所以L＜ L’，即地面上的 c 观察者观察到运动体的长度变短了。这就是所谓 的“尺缩效应”。
观察实验、假 实验观察、 实验、数 设、数学推理 数学推理 学推理 三者相结合
力学方 面的主 要成就
两个反面的结 论： ①力是维持物 体运动的原因。 ②重的物体比 轻的物体下落 得快。
①制成了 世界上第 ①自由落体运 一架计时 动规律 惯性定律 摆钟。 ②力学相对性 ②测量出 原理 重力加速 度的值。
1、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。这个阶段对力学作出突出贡献的是阿基
米德。
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
经典力学：物体的质量是不随运动状态改变的 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是：
m
m0 v 1 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（称为相对质量） c 是真空中的光速
m
m0 v 1 c
2
《经典力学的局限性》 知识清单
《经典力学的局限性》知识清单一、经典力学的发展历程经典力学的发展可以追溯到古希腊时期。
亚里士多德对物体的运动进行了初步的观察和思考，但他的观点存在很多错误。
直到 17 世纪，伽利略通过实验和观察，推翻了亚里士多德的一些错误观点，为经典力学的建立奠定了基础。
牛顿在前人的基础上，提出了牛顿运动定律和万有引力定律，构建了完整的经典力学体系。
经典力学在宏观、低速、弱引力的情况下，能够非常准确地描述物体的运动规律，对物理学的发展和工程技术的进步产生了巨大的影响。
二、经典力学的适用范围1、宏观物体经典力学主要适用于宏观物体，即可以直接观察到的物体，如天体、车辆、建筑物等。
对于微观粒子，如电子、质子等，经典力学不再适用，需要用量子力学来描述。
2、低速运动当物体的运动速度远小于光速时，经典力学能够很好地描述其运动规律。
但当物体的速度接近光速时，经典力学就会出现偏差，需要用到相对论来修正。
3、弱引力场在弱引力场的情况下，经典力学可以准确地计算物体之间的引力相互作用。
然而，在强引力场，如黑洞附近，经典力学就不再适用，需要广义相对论来描述。
三、经典力学在高速运动中的局限性1、质量的相对性根据相对论，物体的质量会随着其运动速度的增加而增大。
但在经典力学中，物体的质量被认为是恒定不变的。
当物体的速度接近光速时，这种质量的相对性会导致经典力学的计算结果出现很大的误差。
2、时间和空间的相对性相对论指出，时间和空间是相互关联的，并且会随着物体的运动状态而发生变化。
在高速运动的情况下，经典力学中绝对的时间和空间观念不再成立。
四、经典力学在微观世界中的局限性1、粒子的波动性在微观世界中，粒子具有波动性，不能简单地用经典力学中的粒子模型来描述。
例如，电子在原子中的运动不能用经典的轨道概念来解释，而需要用量子力学中的概率波来描述。
2、不确定性原理量子力学中的不确定性原理表明，我们不能同时精确地确定粒子的位置和动量。
这与经典力学中可以精确确定物体的位置和速度的观念完全不同。
6.5经典力学的局限性
对的物理量。
爱因斯坦相对时空观 爱因斯坦狭义相对论指出，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。
在经典力学中，物体的质量是不随运动状态 改变的。
在狭义相对论中，物体的质量随着物体的运 动速度的增大而增大。
当物体的运动速度远小于光速时，相对论物 体学与经典物理学的结论没有区别。
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。
相对论和量子力学是哪一种更广泛理论的特 殊情况呢？
我们现在还不知道。。。
经典力学
相对论
物体质量
m0
m
m0
1
v c
2
二者在低速条件下是统一的
经典力学是狭义相对论在低速情况下的特例
二、从宏观到微观 微观粒子具有波粒二象性
经典力学能很精确地描述宏观物体的运动规 律，但对微观粒子的波粒二象性无法说明。
量子力学能够正确能够正确地描述微观粒 子运动的规律性。
经典力学不适用于微观粒子
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。
三、从弱引力到强引力
万有引力定律的发现把经典力学推上当时科 学的顶峰。
但是有些问题按牛顿的万有引力定律无法解 释。
爱因斯坦广义相对论。
Hale Waihona Puke 相对论与量子力学都没有否定过去的科学， 而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊 情形。
§6、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。
经典力学的局限性
四.强引力作用下出现的问题
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。 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？
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。
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．设一列火车正在匀速地行驶，我站在 车厢窗口松手丢下（不是用力投掷）一块石头 到路基上. 那么，如果不计空气阻力的影响，我 看见石头是沿直线落下的．从人行道上观察这 一举动的行人则看到石头是沿抛物线落到地面 上的．现在问：石头所经过的各个“位置”是 “的确”在一条直线上，还是在一条抛物线上 的呢？
长度收缩1
长度收缩2
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
万有引力定律
哥白尼、亚里士多德
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
(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 时间、长度和
(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
观察实验、 假设、数 学推理三 者相结合
实验观 察、数 学推理
惠更斯 荷 兰,1629～ 1695年
实验、数学 推理
牛顿
英 国,1642～ 1727年
归纳与演绎、 综合与分析、 实验观察等
力学 方面 的主 要成 就
两个反面的结论: ①自由落 ①力是维持物体 体运动规 运动的原因。 律。
②重的物体比轻 ②力学相 的物体下落得快。 对性原理
如此广阔的领域里与实际相符，显示了牛顿运动
定律的正确性与经典力学的魅力。
•
但是，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”。
二、自主学习
自学课本48-49页。
1.了解经典力学的发展历程和伟大成就。
基本 2.认识经典力学的局限性和适用范围。 要求 3.体会科学理论总是在不断发展的。
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。
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。
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：
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。
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 。
m m0 v2
1 c2
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。
答案： A
七、课堂小结
低速
经
适用 范围
宏观
典
弱引力
力
学
相对性原理
的
两个基
局
本假设
限 性
狭义 相对
光速不变原理 速度的 对质量
论
影响
对时间
对空间
课下作业
• 课堂巩固训练
答案： C
2.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．微观粒子的波动性
解析： D项是微观粒子的运动，经典力学不 适用于微观物体的运动．
答案： D
3.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“神舟七号”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
普朗克创立 量子力学
强引力作用下出现的问题
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
牛顿运动定律只适用于弱 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
引力,在强引力的作用下,牛 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。
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
六、课堂检测
• 1.通过加速装置对电子施加一个很大的恒力，使电 子从静止开始加速，对这一加速过程，下列说法 正确的是( )
经典力学的局限性和适用范围?
经典力学受速度限制的分析
生活中接触到的运动，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。狭义相对论阐述了物体在以接近光的 速度运动时所遵循的规律，得出了一些不同 于经典力学的观念和结论。
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:
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 观世界中成立 (适用),微观世 界不适用。
6 经典力学的局限性
一、课堂导入
•
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力
更是建立起了人们对牛顿物理学的尊敬。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，从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞
船……所有都服从经典力学的规律。经典力学在
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。
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……
两个位于中心的圆哪个大?其实一样大的!
二、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。
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
质量这三者都 与参考系的运
动有关。
爱因斯坦 相对质量
相对时间
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 相对的
绝对的(不变)
同时 绝对的
相对的
时间与 与运动无关, 与运动有关,
空间 绝对的
相对的
质量
与运动无关, 不变的
随速度增加而增大
不敢相信图中的横线是平行的,不过它就是平行的
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
经典 力学
量子 力学
强引力
低
速
微观世界
2.根据公式知道，v=c时，m应是无穷大，随着质 量的不断增大，产生加速度的力不断增大。使加速 越来越困难。因此一个物体不管怎么加速，它的速 度不会等于甚至超过光速。
七、牛顿的科学方法
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。
四、合作探究
1.爱因斯坦狭义相对论是不是对经典力学的全盘否定？经 典力学的适用范围？
2.根据爱因斯坦狭义相对论,根据爱因斯坦狭义相对论,质量 要随着物体运动速度的增大而增大,即
如果是一个物体加速、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？
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
顿的引力理论不再成立。 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。
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。
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