江苏省启东中学高三物理校本课程《物理学史》第二讲：经典力学

5.1 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.。

经典力学的成就与局限性1、人类在探索自然规律的进程中总结了许多科学方法,如分析归纳法、演绎法、等效替代法、控制变量法、理想实验法等、在下列研究中,运用理想实验法进行研究的是( )A、牛顿发现了万有引力定律B、伽利略得出力不是维持物体运动的原因C、爱因斯坦提出相对论D、普朗克提出量子论2、牛顿运动定律的适用范围是____________________________________.3、伽利略的斜面实验反映了一个重要事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略不计,小球必将准确地终止于同它开始点相同的点,绝不会更高一点,这说明,小球在运动过程中有一个“东西”是不变的,这个“东西”是（）A、弹力 B.速度 C.机械能 D.动能4、经典力学的适用范围：适用于（填“低速”或“高速”）运动,适用于（填“微观”或“宏观”）领域。

5、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、物体运动的速度接近真空中的光速D、能量的不连续性6、经典力学的局限性有（）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率的限制,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对7、经典力学理论适用于解决A、宏观高速问题B、微观低速问题C、宏观低速问题D、微观高速问题8、在物理学发展的过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。

以下叙述中,正确的说法是A、牛顿提出了万有引力定律B、相对论的创立表明经典物理学已不再适用C、卡文迪许建立了行星运动定律D、哥白尼创立地心说9、以下关于经典力学的说法正确的是（）A、经典力学适用于接近光速运动的物体B、经典力学适用于某些强引力场的天体C、经典力学适用于宏观、低速运动的物体D、由于相对论、量子力学的提出,经典力学已经被完全否定参考答案：1、答案： B解析：“牛顿发现了万有引力定律、爱因斯坦提出相对论、普朗克提出量子论”都是可以通过科学实验验证的,所以ACD错；“伽利略得出力不是维持物体运动的原因”则无法通过科学实验验证,只有运用理想实验法来推导,正确为B.2、答案：低速宏观物体的运动解析：3、答案： C解析：说明过程中小球的机械能是不变的,选C4、答案：低速,宏观5、答案： AB解析：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体,故A、B正确,C错误；能量的不连续性涉及量子论的观点,不适合用经典力学来解释,故D错误。

[二轮复习] 第一讲 力与运动（一） 一、 高考导航力是贯穿整个物理学的一条重要主线，运动是物理学研究的主要内容之一，力和运动的关系是力学部分的核心内容。

其中，许多基本规律和科学思维方法在力学中，甚至在整个物理学中都是相当重要的。

中学教材中遇到的力有场力（万有引力、电场力、磁场力）、弹力、摩擦力、分子力、核力等。

研究的运动有匀速运动、匀变速直线运动、匀变速曲线运动（平抛运动）、匀速圆周运动、简谐运动等。

力具有相互性（作用力与反作用力具有同时性）、矢量性（力不仅具有大小而且有方向，运算遵守平行四边形定则），力还具有作用的瞬时性（牛顿第二定律），对时间和空间的积累性（动能定理和动量定理）及作用的独立性等。

判断一个物体做什么运动，首先要看它的初速度是否为零，然后看它受力是否为恒力。

若为恒力，还要看它与初速度的夹角情况，这样才能准确地判断运动形式。

受力分析和运动情况分析是解题的关键。

通过加速度a 架起受力、运动（平衡是a=0的特例）这两部分的联系，建立起等值关系式，使问题得到解决。

二、 典型例题例1、在生活中，我们有这样的常识，用手握瓶，将瓶提离桌面，瓶越重，越要用力提紧瓶，这样是为了（ BD ）A ． 增加手与瓶的接触面积B ． 增加对瓶的压力C ． 增大手与瓶之间的摩擦因数D ． 增大手与瓶之间的最大静摩擦力例2、某人推着自行车前进时，地面对前轮的摩擦力为F 1，对后轮的摩擦力为F 2；该人骑着自行车前进时，地面对前轮的摩擦力为F 3，对后轮的摩擦力为F 4。

下列说法中正确的是（ C ）A ． F 1与车前进的方向相同B ． F 2与车前进的方向相同C ． F 3与车前进的方向相同D ． F 4与车前进的方向相同例3、物块1、2放在光滑水平面上用轻质弹簧相连，如图所示．今对物块1、2分别施以方向相反的水平力F 1、F 2．且F 1大于F 2，则弹簧秤的示数（ D ）A ．一定等于F 1 + F 2B ．一定等于F 1 – F 2C ．一定大于F 2小于F 1D ．条件不足，无法确定例4、如图，悬线下挂着一个带正电小球，它的质量为m ，电量为q ，整个装置处于水平方向的匀强电场中，场强为E ，则（ AD ）B．若剪断悬线，则小球做曲线运动C．若剪断悬线，则小球做匀速直线运动D．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动例5、一物体放置在倾角为θ的斜面上，斜面固定于加速上升的电梯中，加速度为a，如右图所示，在物体始终相对于斜面静止的条件下，下列说法中正确的是（BC ）A．θ一定时，a越大，斜面对物体的正压力越小B．θ一定时，a越大，斜面对物体的摩擦力越大C．a一定时，θ越大，斜面对物体的正压力越小D．a一定时，θ越大，斜面对物体的摩擦力越小例6、如图所示，一质量为M的楔形木块放在水平桌面上，它的顶角为90°两底角为α和β；a、b为两个位于斜面上质量均为m的小木块。

第三讲电磁学（一）从静电场到电流一、电磁学初始阶段1.西周(公元前1100-公元前771)青铜铭文就记载有“电”字和“雷”字。

先秦:“阴阳相薄，感而为雷，激而为霆。

霆，电也。

”古人将磁石称为慈石来形容磁石“以为母也，故能引其子”的功能。

2.英国人吉尔伯特（1544-1623）——论磁曾为英国伊丽莎白一世的御医，1600年发表《论磁石》，总结了前人的阅历，记载了大量试验。

3.1663年，盖里克创造摩擦起电机。

4.1720年，格雷争辩了电的传导现象。

5.1733年，杜非分别了两种电：松脂电和玻璃电。

6.1745年，荷兰人马森布洛克发觉了莱顿瓶，为贮存电荷找到了一个方法。

二、富兰克林对雷电现象的争辩1.富兰克林(1706-1790): 美国人在全家17个孩子中排行15，其父是小手工业者，家境贫困。

他在10岁时缀学，12岁当印刷所学徒，阅读了很多书籍，后来成为科学家和政治家。

自己写的墓志铭:“印刷工富兰克林”。

从苍天那里取得了雷电，从暴君那里取得了民权。

——杜尔格（法）2.费城试验富兰克林40岁时，观看了电学试验，从而对电有了爱好。

其中有一个想法，天上的电和地电是统一的吗?1752年7月，一个电闪雷鸣的上午，他将一个风筝放到空中，风筝下有一根铁丝，铁丝下栓一根麻绳，麻绳的下一端拴丝线，绳线接触处栓了一把钥匙。

铜钥匙可以给莱顿瓶充电，与摩擦电性质完全相同。

现象:麻绳上的纤维向四周独立，犹如“怒发冲冠”富兰克林的工作，揭开了雷电的奇特，统一了“天电”和“地电”，震惊了科学界。

小插曲：为了验证“地电”与“天电”的相同处，富兰克林想到雷可以击死动物，于是他就试验用“地电”去击杀火鸡，结果被电打昏了。

糊涂后，却不介意地说：“我本想用电杀死一只火鸡，结果差点电死了一个傻瓜。

”然而，风险是的确存在的。

1753年，俄国的里赫曼在做大气电试验时不幸中电身亡，为科学献身。

3.创造避雷针:富兰克林并不满足，将他的发觉转化为了新的创造。

物理高中必修知识点2《经典力学的局限性》教案物理高中必修知识点2《经典力学的局限性》教案物理教学的主要形式就是教师讲解教科书，以使学生掌握教科书的内容，于是形成了这样一种关系：教学时教科书通过教师的咀嚼喂给学生，考试时教科书经过教师的加工变为考题去检查学生。

下面和一起看看有关物理高中必修知识点2《经典力学的局限性》教案。

高中物理必修2《经典力学的局限性》教案教学目标1、知识与技能（1）知道牛顿运动定律的适用范围；（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考虑速度随时。

2、过程与方法：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。

3、情感、态度与价值观：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。

教学重难点教学重点牛顿运动定律的适用范围。

教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。

教学过程新课导入自从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（3108m/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6000m/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=6106m/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6106m/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0.5cD.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.课后小结本节学习了经典力学的局限性：（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。

经典力学的庞大成绩和局限性教研中心教学指导一、课标要求1.了解经典力学的进展历程，明白经典力学进展历程中有哪些物理学家作出了突出奉献；2.了解经典力学所取得的伟大成绩及其对那时自然科学、社会进展的影响；3.熟悉经典力学的局限性和适用范围.4.通过对以牛顿为代表的经典力学的总结与回顾，体会前人的研究途径与方式，熟悉到经典力学的庞大成绩和对人类的影响.5.从熟悉论和方式论的角度介绍经典力学的局限性，培育学生的思想、方式.二、教学建议1.如何介绍《原理》的产生背景、内容，如何对《原理》进行评价？教材中安排了《原理》这部份内容目的是让学生了解在那时的社会背景、知识背景下，牛顿等科学家是如何取得对整个物理学产生庞大影响的包括运动三定律的物理规律.教学中应该把重点放在让学生感受前人坚忍不拔的探索精神、科学严谨的思维方式和谦虚的态度，不要过量地介绍《原理》中的其他内容，对一些感兴趣的学生能够推荐其通过阅览室、互联网查阅更多的相关资料.2.对经典力学的庞大成绩的教学，不能变成知识的总结和规律的整理，应该把重点放在让学生明白经典力学的重腹地位、对人类产生的踊跃影响，他们的方式论对自然科学乃至社会科学都有重大的意义.3.经典力学的局限性的教学，应该在充分肯定经典力学的重腹地位的前提下，从熟悉论的角度去引导学生，注意通过教学活动以达到培育学生科学的思想方式、正确的世界观.4.本节的教学应该自始至终地渗透科学观点和思维方式的培育，激发学生发觉问题的兴趣，勇于向困难挑战的精神，能客观地、科学地对自己的研究功效进行评价.5.教学中能够结合牛顿、伽利略的杰出奉献，从他们超人的智慧、顽强的毅力的角度适时、适本地介绍一点物理学史.6.建议认真组织并评价课后作业3：撰写一篇题为“关于伽利略、牛顿的科学研究方式对物理学进展的意义”的小论文，鼓励学生通过各类渠道获取相关的信息.资源参考牛顿的绝对时空观在牛顿力学定律（包括惯性定律）的表达里没有明确指明，所谓“静止”“匀速直线运动”和“运动状态的改变”是对什么参考物体而言的.在牛顿力学中“力”是物体间的彼此作用，这是与参考物体无关的，但是运动状态及其改变则与参考物体有紧密关系.牛顿完全了解自己理论中存在的这一薄弱环节，他的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间，用以判断各物体是处于静止、匀速运动，仍是加速运动状态.牛顿承认，区分特定物体的绝对运动（即相对于绝对空间的运动）和相对运动，也非易事.不过，他仍是提出了判据.譬如，用绳索将两个球系在一路，让它们维持在必然距离上，绕一路的质心旋转，从绳索的张力能够得知其绝对运动角速度的大小.“水桶实验”是牛顿提出的另一个更著名的实验.实验的大意如下：一个盛水的桶挂在一条扭得很紧的绳索上，然后放手，于是如图所示：牛顿“水桶实验”（1）开始时，桶旋转得专门快，但水几乎静止不动.在粘滞力通过足够的时刻使它旋转起来之前，水面是平的，完全与水桶转动前一样.（2）水和桶一路旋转，水面变成凹的抛物面.（3）突然使桶停止旋转，但桶内的水还在转动，水面仍然维持凹的抛物面.牛顿就此分析道，在第（1）（3）阶段里，水和桶都有相对运动，而在前者水是平的，后者水面凹下；在（2）（3）阶段里，无论水和桶有无相对运动，水面都是凹下的.牛顿由此取得结论，桶和水的相对运动不是水面凹下的原因.那个现象的根本原因是水在空间里绝对运动的加速度.绝对空间在哪里？牛顿曾经假想，在恒星所在的遥远的地方，或许在它们之外更遥远的地方.他提出假设，宇宙的中心是不动的，这就是他所想象的绝对空间.从现今的观点来看，牛顿的绝对时空观是不对的.不过，牛顿那时清楚地意识到，要想给惯性原理以一个确切的意义，那就必需把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来.爱因斯坦以为，牛顿引入绝对空间，对于成立的力学体系是必要的，这是在那个时期“一名具有最高思维能力和创造力的人所能发觉的唯一道路”.今世的物理教科书在讲牛顿力学时，为避免“绝对空间”的提法，都采用“惯性参考系”的概念.据考证，这想法是德国物理学家朗格（）提出的.在牛顿力学的框架中，给惯性系下的概念是惯性定律在其中成立的一类参考系，即在此类参考系中，一个不受外力作用的物体老是做匀速直线运动的.若要再问，如何明白一个物体没有受到外力呢？回答说，此物体离开别的物体都足够远，它在惯性系中做匀速直线运动.这里似乎出现了一个逻辑循环.但是，仔细推敲咱们的表述，是可在教科书中避免这种逻辑循环的.实验表明，在一个参考系中，只要某个物体符合惯性定律，则惯性定律将对其他物体成立.咱们把惯性参考系概念为“对某一特定物体惯性定律成立的参考系”，这时再说惯性定律成立的条件是惯性系，就不组成逻辑循环了.从这里咱们再次看到，惯性不是个别物体的性质，而是参考系，或说，时空的性质.下文即将论述，用“惯性参考系”替代“绝对空间”，只是回避了牛顿力学的困难，作为阶段性的教学考虑是可取的，可是并无真正解决问题.如此，在牛顿力学的框架里，咱们必需严格地域分“惯性”和“非惯性”两类参考系，在惯性参考系内，惯性定律和其他牛顿力学定律成立；在非惯性参考系内，牛顿三定律不成立.在所有惯性参考系之间，伽利略相对性原理成立，从而它们都是平权的.在非惯性参考系内则会出现一些“反常”现象.请看下面这段描述.上文提到，惯性定律是不能直接用实验严格地验证的.假想有一名很严格的科学家，他相信惯性定律是能够用实验来证明或推翻的.他在水平的桌面上推动一个小球，并设法尽可能消除摩擦（现代能够用气桌相当好地实现这一点），他观察到，小球确实相当精准地做匀速直线运动.合法他要宣布验证惯性定律成功时，突然发觉一切突然变得反常了.原来沿直线运动的小球偏向了一边，朝屋子的墙壁滚去，他自己也感到有一种奇怪的力把他推向墙去.究竟发生了什么事？原来有人和他开玩笑.这位科学家的实验室没有窗户，与外界完全隔间.开玩笑的人安装了一种机械，能够使整个屋子旋转起来.旋转一开始，就出现上述各类反常现象，于是惯性定律被推翻了.咱们都看到，在非惯性参考系内的“反常”现象，是出现了一些莫名其妙的“力”，即“惯性力”.在通常的教科书中对“惯性力”的解释大意是如此的，若是在非惯性系中的观察者要坚持用牛顿定律来解释他所观察到的力学现象，他必需假想有某种“惯性力”存在.惯性力是惯性在非惯性系里的表现，它与“真实力”有区别.“真实的”力是物体间的彼此作用，施力的物体必受到受力物体给它的反作用.咱们说惯性力是“虚假的”，因为不存在施加此力的物体，从而也就不存在反作使劲.咱们在形容词“真实的”和“虚假的”上打了引号.是因为这只是牛顿力学的说法，在广义相对论的理论中，这种说法就不那么绝对了.在平动的加速参考系中，质点所受的惯性力f惯=-ma，在转动的参考系中静止的原点受到惯性离心力，以速度v运动的质点除受到惯性离心力外，还受到一个科里奥利力f c=2mv×ω.例如，上面谈到牛顿的两球和水桶实验，涉及的是惯性离心力，使傅科摆摆面运动的是因地球自转引发的科里奥利力.。

第一讲古代物理学第一节启明之光一.中国古代的物理学萌芽1.力学方面我国古代力学知识源远流长，积累丰富。

早在2000多年以前的战国时期，在“墨经”中，记述了墨子(公元前478－前392)等哲学家对力学方面的一些精辟见解，如“力，刑之所以奋也。

”，表达了力是使人和物的“奋”即由静到动的根本原因。

还对杠杆进行了研究，指出:“相衡，则本短标长。

”说明了在称量重物时，要想与砝码平衡，就要调整重臂“本”和力臂“标”，这一记录比阿基米德早二百多年。

我国科学家的朴素的宇宙观，例东汉的张衡强调:“宇之表无极，宙之端无穷”。

明“武备志”记载:“水战，可离水三。

四尺燃火，即飞出水面二。

三里去远，如火龙出于江面，筒药将完，腹内火箭飞出，人船俱焚。

”发展了二级火箭装置。

2.电磁学方面在静电学方面，在西汉末年，(公元前20年)就有记载，在磁学方面更有骄人记录:1)传:4000年前，黄帝与蚩尤打仗，但蚩尤作雾，黄帝则使用指南车来辨别方向，使蚩尤大败。

2)郦道元在“水经注”中，写到秦始皇为了防避刺客，用磁石建造阿房宫的北阙门，若刺客身怀刀刃将被磁门吸住。

3)指南针比法人古约特早几百年。

3.天文学方面比较突出的是张衡(公元78年－139年)，生于河南南阳石桥镇，公元111年担任了东汉主持天象观测、编订历法的太史令，发明了浑天仪、候风地动仪。

国际天文学组织用他的名字命名了一颗小行星和月球上的一座环行山。

元朝的郭守敬等也取得了很大成绩。

4.π的计算“π”是物理、数学中经常遇到的一个常数，测算它的精确值对科学的发展很重要。

先秦取圆周率为“周三径一”魏晋时期的刘徽应用极限思想，采用割圆法，算出了当时世界上π=3.1416的数字。

＊割圆法：刘徽指出：圆内接正多边形的边长“割之又割，以至于不可割，”则其面积“将与圆周合体，而无所缺矣。

”据说他将正多边形割至了3072条边。

南北朝的祖冲之(429－500年)是世界上第一个把π的值推算到3.1415926～3.1415927的人。

江苏省启东中学高三物理校本课程《物理学史》第六讲：热学第六讲热学发展史第一节早期发展简述热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉。

——恩格斯一、温度的定义和热机的研制1.对温度的研究1593年，伽利略利用空气热胀冷缩的性质，制成了温度计的雏形。

1702年，阿蒙顿制成空气温度计，但不准确。

1724年，荷兰工人华伦海特在他的论文中，建立了华氏温标，首先使用水银代替酒精。

1742年瑞典的摄尔修斯定义水的沸点为零度，冰的熔点为100度，后施勒默尔将两个固定点倒过来，建立了摄氏温标。

1779年，全世界有温标19种。

1854年，开尔文提出开氏温标，得到世界公认。

2.热机的发展“蒸汽机是一个真正的国际发明，而这个事实又证实了一个巨大的历史进步。

”1695年，法国人巴本第一个发明蒸汽机，但操作不便，不安全。

1705年，钮科门和科里制造了新蒸汽机，有一定实用价值，但用水冷却气缸，能量损失很大。

1769年，英国技工瓦特改进了钮科门机，加了冷凝器，使机器运作由断续变连续，从而蒸汽机的使用价值大大提高，导致了欧洲的工业革命。

1785年，热机被应用于纺织。

1807年，热机被美国人富尔顿应用于轮船，1825年被用于火车和铁路。

瓦特发明的蒸汽机3.量热学和热传导理论的建立在18世纪前半叶，人们对什么是温度，什么是热量的概念含糊不清，热学要发展，有关热学的一系列概念就需要有科学的定义。

经彼得堡院士里赫曼于1744年开始，英国人布拉克和他的学生伊尔文等逐步工作，终于在1780年前后，温度、热量、热容量、潜热等一系列概念都已形成。

4.热本性说的争论1）认为热是一种物质，即热质说。

代表人物：伊壁鸠鲁、付里叶、卡诺。

2）认为热是物体粒子的内部运动。

代表人物：笛卡尔、胡克、罗蒙诺索夫，伦福德。

他们认为：“尽管看不到，也不能否定分子运动是存在的。

”第二节热力学第一定律的建立一、定律诞生的背景1）为蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，以提高热机效率，适应生产力发展的需要。

第五讲经典光学的形成第一节光学的历史概述一、早期光学1.古代光学：基本上停留在几何光学的研究和总结上。

公元前5世纪《墨经》、北宋时期沈括的《梦溪笔谈》都有记载.古希腊欧几里德(Euclid,约公元前330-275）研究光的反射。

托勒密(C。

Ptolemaeus,希,约公元100-170）研究光的折射。

2。

中世纪：阿勒哈增（965—1038）(阿拉伯人)著《光学》.二、折射定律的建立荷兰人斯涅耳最早提出折射定律，由法国数学家费马（1601-1665）提出费马原理，予以确定，使几何光学理论很快发展。

演示折射三、光学仪器的研制1、1299年，发明了眼镜，意大利人阿玛蒂制造了眼镜.2、1608年，荷兰人李普塞制成第一台望远镜,伽利略改进成放大32倍的望远镜.3、几乎与望远镜同时，荷兰人发现制造了显微镜。

四、牛顿对光的色散的研究1666—1704年间，牛顿用色散原理解释了天界神秘而瑰丽的彩虹。

第二节光的波动说和微粒说的论争一、光的微粒说1704年，牛顿:“光是一种细微的大小不同的而又迅速运动的粒子。

”二、光的波动学说1. 代表人物：惠更斯·胡克：“光必然是一种振动.”2。

波动说的困境:由于当时没发现光的干涉、衍射等波动现象，使光的波动说难以自圆其说。

3. 19世纪光的波动说的两个英雄1)托马斯·杨(1773—1829）两岁认字，四岁能读圣经，23岁获医学学位。

牛顿反对波动说，光的微粒说在百年中占了上风，波动说几乎销声匿迹。

面对牛顿如日中天的气势，杨以不唯名的勇敢精神说:“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并因此非得认为他是百无一失的。

我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。

”设计了杨氏双缝实验,证明了光的衍射现象。

2）菲涅耳(1788-1827)：法国工程师。

完善了惠更斯理论，提出了子波相干的思想。

1818年法国科学院悬赏征文中一举成名。

菲涅耳的理论——泊松的计算—-阿拉果的实验找到了有利于波动说的泊松亮点。

1 经典力学的成就与局限性[学习目标] 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、经典力学的成就与局限性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．3．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．4．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．二、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．判断下列说法的正误．(1)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了．(×)(2)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用．(×)(3)受到很强的引力作用的物体的运动，不能用经典力学理论解释．(√)(4)当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了．(√)(5)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用．(×)经典力学的成就和局限性如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体．请思考：图1(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？答案(1)不适用(2)不适用1．经典力学的成就：(1)经典力学体系是时代的产物，是现代机械、土木建筑、交通运输以至航空航天技术的理论基础．(2)经典力学的思想方法对艺术、政治、哲学等社会科学领域也有巨大影响．2．经典力学的局限性及适用范围：(1)现代物理学已经揭示，超出宏观的、日常生活经验的领域，经典力学常常就不适用了．(2)牛顿的绝对时空观认为时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关，它割裂了时间、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．(3)经典力学认为，一切运动都是连续变化的，能量也是连续变化的，经典力学的运动观虽然给出了一幅机械运动的图景，却不能解释微观世界丰富多彩的现象．(4)经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场的范围，经典力学对v→c、受到很强的引力作用的物体或活动范围在10－10 m以内的微观粒子的运动，不再适用．经典力学与相对论、量子力学并不矛盾，相对论、量子力学也没有否定经典力学.经典力学是相对论、量子力学在宏观、低速、弱引力作用条件下的特殊情况.例1(多选)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的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了巨大的成功，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事物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．例2(多选)经典力学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.1．(经典力学的成就与局限性)(多选)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答案AC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、弱引力场的范围，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，只是说经典力学有一定的适用范围，D错误．2．(经典力学的成就与局限性)(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、低速物体的运动以及弱引力作用时的情况，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)牛顿力学的适用范围是( )A．适用于宏观物体的低速(与光速相比)运动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．4．(经典力学的适用范围)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( )A．低速、宏观、弱引力下的运动问题B．高速、微观、弱引力下的运动问题C．低速、微观、强引力下的运动问题D．高速、宏观、强引力下的运动问题【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识【题点】经典力学的认识5．(经典力学的适用范围)(多选)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；当物体运动的速率接近于光速时，经典力学就不适用了，故C错误．。