经典力学的成就与局限性

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。

《经典力学的巨大成就和局限性》知识清单一、经典力学的定义和发展历程经典力学，通常也被称为牛顿力学，是以牛顿运动定律和万有引力定律为基础建立起来的力学体系。

它的发展可以追溯到古希腊时期，当时的哲学家们对物体的运动和力学现象进行了一些思考和探讨。

然而，真正的突破发生在 17 世纪，艾萨克·牛顿在前人的基础上，通过他的巨著《自然哲学的数学原理》，系统地阐述了经典力学的基本原理和定律。

二、经典力学的巨大成就1、对天体运动的精确描述经典力学成功地解释了天体的运动规律。

牛顿的万有引力定律准确地预测了行星的轨道、卫星的运动以及彗星的周期性出现。

这使得我们能够对天体的位置和运动进行精确的计算和预测，极大地推动了天文学的发展。

2、工业革命的技术基础经典力学为工业革命中的机械设计和制造提供了坚实的理论支持。

工程师们能够运用力学原理设计和制造出各种复杂的机械装置，如蒸汽机、纺纱机、织布机等，极大地提高了生产效率，改变了人类社会的生产方式和生活方式。

3、奠定现代科学的基础经典力学的研究方法和思维方式为其他自然科学领域的发展奠定了基础。

它强调通过观察、实验和数学推导来揭示自然规律，这种科学方法被广泛应用于物理学、化学、生物学等领域，促进了现代科学的蓬勃发展。

4、推动数学的发展在解决经典力学问题的过程中，催生了许多新的数学分支和方法，如微积分、微分方程等。

数学和力学的相互促进，使得两者都得到了极大的发展。

三、经典力学的基本定律和原理1、牛顿第一定律（惯性定律）任何物体都要保持匀速直线运动或静止的状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

2、牛顿第二定律物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

其数学表达式为 F ＝ ma 。

3、牛顿第三定律两个物体之间的作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。

四、经典力学的局限性1、适用范围的限制经典力学在宏观、低速、弱引力的情况下表现出色，但在微观世界（如原子、电子等粒子的运动）、高速运动（接近光速）和强引力场（如黑洞附近）中，经典力学的理论与实验结果出现了偏差。

学案1经典力学的成就与局限性一、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，那么空间中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．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(多选)1．(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(多选)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(多选)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(多选)1．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(多选)2．下列说法正确的是()A．经典力学中物体的质量是不变的B．经典力学中的时间和空间是独立于物质及其运动的C．万有引力定律适用于强引力D．物体的速度可以是任意值(多选)3．根据经典物理学知识，人们对时间和空间的认识，下列说法正确的是()A．时间和空间是绝对的，与物质的存在和物质的运动都无关B．时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间也无联系C．时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系D．时间和空间不能脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系(多选)4．20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，不适用于微观粒子．这说明()A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的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(多选)5．继哥白尼提出“日心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论．这说明()A．世界无限扩大，人不可能认识世界的全部，只能认识世界的一部分B．人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界C．人对世界的某一个正确认识往往都有局限性，需要发展和深化D．每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识6．牛顿力学的适用范围是()A．适用于宏观物体的低速运动(与光速相比)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7．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．微观粒子的运动(多选)8．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而改变D．在经典力学中，时间随运动状态而改变。

《经典力学的巨大成就和局限性》知识清单一、经典力学的巨大成就1、对天体运动的精确描述经典力学在天体力学领域取得了巨大的成功。

牛顿的万有引力定律能够准确地预测天体的运动轨迹，包括行星的绕日运动、卫星绕行星的运动等。

开普勒定律就是基于经典力学对天体观测数据的总结，而牛顿的理论则为其提供了更深刻的物理基础。

这使得人类对宇宙的认识从神秘和猜测走向了科学和精确。

2、工业革命中的应用在工业革命时期，经典力学为机械制造、工程设计等提供了坚实的理论基础。

工程师们能够利用力学原理设计和制造各种复杂的机器，如蒸汽机、纺织机等，极大地提高了生产效率，推动了社会的工业化进程。

3、对日常生活的影响经典力学在日常生活中也无处不在。

从建筑结构的设计，到交通工具的运行，再到简单的日常工具，如杠杆、滑轮等，都遵循着经典力学的规律。

例如，桥梁的建造需要考虑材料的强度和受力情况，以确保其能够承受车辆和行人的重量；汽车的制动系统也是基于摩擦力和牛顿运动定律来设计的。

4、科学方法的典范经典力学的发展过程展示了一种科学的研究方法。

通过观察现象、提出假设、进行实验验证和理论推导，最终建立起一套完整的理论体系。

这种方法成为后来科学研究的典范，推动了其他学科的发展。

5、促进数学的发展经典力学的研究需要运用到数学工具，如微积分等。

反过来，力学问题的解决也促进了数学的进一步发展，为数学提供了许多实际的应用场景和研究课题。

二、经典力学的局限性1、高速运动下的失效当物体的运动速度接近光速时，经典力学的理论就不再适用。

根据爱因斯坦的相对论，高速运动的物体质量会增加，时间会变慢，长度会缩短，这些现象都无法用经典力学来解释。

例如，对于微观粒子的高速运动，经典力学无法准确描述其行为。

2、微观领域的不适用在微观尺度下，如原子和亚原子粒子的世界，经典力学也遇到了挑战。

量子力学的发展揭示了微观粒子具有波粒二象性，其运动状态不能用确定的轨迹来描述，而是遵循概率分布。

经典力学中的确定性和连续性在微观领域被打破。

论经典力学的成就与局限性力学包含于物理学，物理学发展最早的分支就是力学，物理学与人类的生活密切相关，力学是力与运动的科学，他主要研究物体的宏观机械运动，而力学和人类生产、生活的联系最为密切的。

引言:在牛顿运动定律基础上人们还建立了诸如流体力学、弹性力学、结构力学等多门工程力学学科所有这些在理论体系上都属于牛顿力学或经典力学的范畴。

经典力学在物理学中较早地发展成为理论严密、体系完整、应用广泛的一门学科,并且还是经典电磁学和经典统计力学的基础可见，经典力学的应用极为广泛,是我们生活中不可分割的一部分。

发现，成就，局限正文:一、经典力学的发展史:经典力学体系最早可以追溯到公元前三世纪的亚里士多德体系，物理学也是由他所创立，他通过观察、推理以及思考总结出两个结论:力是维持物体运动的原因；重的物体比轻的物体下落的更快。

随着他的不断研究，公元前350年，他的《论天》完工，其内容里“落体质量与重量成正比”的判断影响物理力学界长达数千年。

是比较系统的深入研究力的第一人。

继亚里士多德之后，公元前一世纪阿基米德的《论平面图形的平衡》讨论杠杆原理和图形重心，为接下来平行力的平衡跟等效力的计算奠定了基础。

这也是知识走向定律的一次重大飞跃，也由此，阿基米德被誉为“力学之父”。

到了16世纪中下叶，各力学家通过总结前人的经验以及结合自身的知识不断通过不断地实验分析得出一连串的定理、定律。

例如法国物理学家笛卡尔的惯性定律；意大利物理学家伽利略自由落体运动以及力学相对原理，其比萨斜塔实验尤为出名。

而到了之后的17世纪，被苹果树砸到头的英国物理学家牛顿因此也通过数学推理等方法从前人的观察、实验数据等方面得出运动学的三大定律跟万有引力定律等等。

他于1687年在他的《自然哲学的数学原理》中完完全全提出了动力学的三大定律，他这一定律是整个经典力学的基础，他也由此成为整个动力学的奠基人。

同时也证明了万有引力下行星的运行满足开普勒三大定律。