7.6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。

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(3×108m/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6 000 m/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＝6×106m/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6×106 m/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0.5c D．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．学生尚未学习相对论、量子理论的基本内容,本节教学也不需要学生真正领会现代物理学的内涵,只需要初步了解现代物理学涉及的几个具体问题的具体结论即可。

AP0810312 何超文经典力学的成就和局限性摘要：论述经典力学的成就，批判经典力学的绝对时间、绝对空间、引力本质、质量不变等观点，说明其应用范围及其与经典物理学的矛盾。

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。

莱布尼兹、贝克莱、马赫等先后都对绝对空间、时间观念提出过有价值的异议，指出过，没有证据能表明牛顿绝对空间的存在。

爱因斯坦推广了上述的相对性原理，提出狭义相对论。

在狭义相对论中，长度和时间间隔也变成相对量，运动的尺相对于静止的尺变短，运动的钟相对于静止的钟变慢。

在广义相对论中，时空的性质不是与物体运动无关的：一方面，物体运动的性质要决定于用怎样的空间时间参照系来描写它另一方面时空的性质也决定于物体及其运动本身。

(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》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。

论经典力学的局限性摘要：人类从愚蠢走向文化，从神学走向科学，在认识自我的过程中，物理学起到了绝对重要的作用。

而物理学的第一次推翻时辰就是经典力学的树立。

但发明历史的人们总是不可防止地要遭到历史的限制，重点阐述了经典力学的局限性。

在高中阶段，我们所学习的力学知识主要是以牛顿运动定律为根底的经典力学。

那么经典力学是如何构成的、它的局限性表如今哪些方面？让我们逐个解答。

一、经典力学的构成17世纪牛顿力学构成了体系，能够说，这是物理学的第一次巨大综合。

牛顿树立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并开展了变量数学微积分，具有理解决实践问题的才能。

他创始了天膂力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充沛证明了这一点。

二、经典力学的主要观念牛顿力学三定律构成了近代力学的根底，也是近代物理学的重要支柱。

牛顿关于力学最重要的奉献则是万有引力的发现。

牛顿的力学三定律和万有引力定律把天体运动定律与地上物体运动定律统一同来，树立起经典力学的理论大厦。

牛顿把他的力学理论应用于太阳系，处理了天膂力学中的一系列问题。

他拿出了计算太阳质量和行星质量的办法，证明了地球是一个赤道凸出的扁球，解释了岁差现象，阐明了潮汐的涨落，剖析了彗星运动的轨迹和天体摄动现象等。

18世纪及以后的一系列事实，证明了牛顿力学的谬误性，从而得到了普遍的供认。

对证明牛顿万有引力定律有重要意义的事实，一是哈雷彗星的发现，二是地球外形的证明，三是关于行星摄动现象的证明。

此外，如关于引力常数G的测定等，也都证明了万有引力定律。

三、经典力学的局限性发明历史的人们总是不可防止地要遭到历史的限制，牛顿当然也不例外。

由于遭到时期的局限，牛顿创建的经典力学的根本概念和根本原理存在着固有的局限性，主要表如今以下几个方面：1.引入了绝对时间、绝对空间等根本概念依照牛顿的说法，绝对的、真正的和数学的时间本身在流逝着，而且由于其本性平均地、与任何其他外界事物无关地流逝着。