6.6 经典力学的局限性
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6.6经典力学的局限性
经典力学的局限性：
只适用于低速运动，不适用 于高速运动(接近光速)； 只适用于宏观世界，不适用 于微观世界(物质结构和能量不连 续的现象)； 只适用于弱引力情况，不适 用于强引力情况。
经典时空观与相对论时空观
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。
P
(2)卫星在轨道1上经过Q点 (1)卫星在轨道 3 上的速 的加速度 等于 卫星在轨道 率 小于 轨道1上的速率 2上经过Q点加速度。
1
Q
2 3
6.某行星的质量是M，半径为R. 在行 星表面上，有一质量为m的物体， （1）行星对它的万有引力多大？ （2）已知该行星的自转周期为T， 求它的同步卫星离行星的高度？ (万有引力常量G已知）。
r
2
r
④ N=0
R ⑤ N m 2 g r
2
R N⑥ m g r
例4 如地球自转速度达到使赤 道上的物体“飘”起来，那么， 地球上一天等于______h. （地球半径取6.4×103 Km）
例5.发射地球同步卫星时，先将卫星 发射至近地圆轨道1，然后经点火， 使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点 火，将卫星送入同步圆轨道3，如图， 则卫星分别在1、2、3轨道上正常运 行时：
经典时空观与相对论时空观 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：
（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
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。
1 .物体的质量与运动速度有关
§6.6经典力学的局限性
牛顿所说:"如果说我看得远,那是因为我站在 巨人们的肩上
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
3、经典力学的两个基本假定
（1）假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔 的测量与观察者的运动无关，物质间相互作用的传递 是瞬时的。
随着时间的推移，物体的速度不断增大， 最终可获得任意速度。
牛顿之后。经典力学又有新的发展，这一阶段主要是后人 对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。
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 .
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
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。
6.6经典力学的局限性
蓟县一中2012—2013学年度第二学期教案高中一年级物理学科第九周第1 课时课题§6.6经典力学的局限性授课教师教学目标知识与技能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间的变化。
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。
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。
教学重点难点牛顿运动定律的适用范围；高速运动的物体，速度和质量之间的关系教学方法媒体手段学案导学、讲授、谈话、练习教学反思本节旨在使学生了解牛顿力学不能穷尽一切物理现象，还有爱因斯坦的“时空观”，还有量子力学等知识体系，也要使学生了解爱因斯坦的相对论是一种新的时空与引力理论，是对牛顿力学的修正，并不是对牛顿力学简单的否定，只是牛顿引力理论被包括在新的时空与引力理论之中。
教学过程一、教学引入：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，向其它科学一样，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。
二、新课教学：请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题：1、经典力学取得了哪些辉煌的成就？举例说明。
2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？举例说明。
3、经典力学的适用范围是什么？自己概括一下。
4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学？应该怎样认识？5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”？三．合作探究学生阅读教材，并思考上面的问题。
高一物理6.6 经典力学的局限性
伽利略和牛顿的绝对时空观认为，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。
牛顿力学的绝对时空观 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 而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着，它又可以名之日 “延续性”。绝对的空间，就其本性而言，是与任何事物无关而永 远是相同和不动的。――摘自《牛顿自然哲学著作选》
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。
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 。
经典力学的局限性和适用范围
⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（v <<c）
⑵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
⑶经典力学规律只在惯性参考系中成立
——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光
速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
科学与神学 牛顿活了80岁，但他40年用于科学研究，另外40年他居然沉 迷于神学。他用许多“科学现象”来证明上帝的存在，甚至在研究 地球有多少岁时，他居然用《圣经》推算出6000年。这样鲜明的对 比，很难让人们把这些事与这个科学巨人联系起来。 唯一的遗憾 牛顿一生科学贡献卓越， 智商290的他是近代科学的鼻祖， 他开拓了向科学进军的新纪元， 但却因羞于向女孩表白而白白失去 结婚的机会， 然后终生未婚也未育， 便没有他的后人。
诗人亚历山大· 波普(Alexander Pope）为牛顿写下了以下这段 墓志铭：Nature and Nature' law lay hid in night ; God said,"Let Newton be," and all was light。自然与自然的定律，都隐藏在黑暗 之中；上帝说"让牛顿来吧！"于是，一切变为光明。
牛顿力学的绝对时空观 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 而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着，它又可以名之日 “延续性”。绝对的空间，就其本性而言，是与任何事物无关而永 远是相同和不动的。――摘自《牛顿自然哲学著作选》
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。
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 。
经典力学的局限性和适用范围
⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（v <<c）
⑵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
⑶经典力学规律只在惯性参考系中成立
——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光
速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
科学与神学 牛顿活了80岁，但他40年用于科学研究，另外40年他居然沉 迷于神学。他用许多“科学现象”来证明上帝的存在，甚至在研究 地球有多少岁时，他居然用《圣经》推算出6000年。这样鲜明的对 比，很难让人们把这些事与这个科学巨人联系起来。 唯一的遗憾 牛顿一生科学贡献卓越， 智商290的他是近代科学的鼻祖， 他开拓了向科学进军的新纪元， 但却因羞于向女孩表白而白白失去 结婚的机会， 然后终生未婚也未育， 便没有他的后人。
诗人亚历山大· 波普(Alexander Pope）为牛顿写下了以下这段 墓志铭：Nature and Nature' law lay hid in night ; God said,"Let Newton be," and all was light。自然与自然的定律，都隐藏在黑暗 之中；上帝说"让牛顿来吧！"于是，一切变为光明。
6-6 经典力学的局限性
伽利略、第谷 伽利略、
哥白尼、 哥白尼、亚里士多德
08:56
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退 出
经典力学的基础是牛顿运动定律， 经典力学的基础是牛顿运动定律， 牛顿运动定律 万有引力定律更确立了牛顿的地位 更确立了牛顿的地位， 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 宏观、 顿运动定律和万有引力定律在宏观、低 弱引力的广阔领域 经受实践检验。 的广阔领域， 速、弱引力的广阔领域，经受实践检验。
08:56
A
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退 出
惯性系
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非惯性系
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Einstein 对相对论的解释 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, 分钟,当你坐在火炉 旁一分钟, 旁一分钟,就好象坐 了一小时, 了一小时,这就是相 对论。 对论。
08:56
Albert Einstein
世纪伟人
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退 出
爱因斯坦
相对质量
相对时间
相对空间
狭义相对 论
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退 出
选择的参考系不同，对运动的描述就不同： 选择的参考系不同，对运动的描述就不同：
例如：让两小球从同一高度同时自由下落。 例如：让两小球从同一高度同时自由下落。
不符合牛顿运动定律
符合牛顿运动定律
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6
经典力学的局限性
08:56
进 入
退 出
牛顿主要贡献牛顿三大Fra bibliotek律 牛顿万有引力定律
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退 出
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
17
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 。
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
一、经典力学的成就
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
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(简)
§6.6 经典力学的局限性VS经典物理学体系：经典力学，热学、声学、光学、电磁学。
伽利略伽利略发现：惯性定律、自由落体规律、力学相对性原理。
伽利略开创了“观察实验、科学思维、与数学相结合的研究方法”。
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笛卡尔惠更斯开普勒17世纪牛顿创立了完整的经典力学体系。
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。
他还经典力学之父开拓了天体力学。
牛顿阅读材料：著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“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年出版的那一天。
”经典力学力动量能量生物力学热弹性力学磁流体力学化学流体动力学等离子体动力学地质力学天体力学塑性力学流体力学弹性力学刚体力学天地四方，古往今来发生的一切现象都能够用力学来描述？？？在高速情况下（相对光速而言），牛顿经典力学理论不再适用。
1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦发表了狭义相对论。
他指出：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变化阿尔伯特·爱因斯坦而变化。
相对质量21m m v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。
这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验所证实。
相对论预言慢(184±23)×10 -9s 实测慢(203±10) ×10 -9s 时间延缓（动钟变慢）021t t v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭S ′O′ X ′Y′A 'B 'O S X Y u1x ●l '斐克小伙剑术精，出刺迅捷如流星，由于空间收缩性，长剑变成小铁钉.狭义相对论的基本原理空间收缩（动尺变短）201v L L c ⎛⎫=∙- ⎪⎝⎭相对论认为：经典力学认为：河水相对河岸速度为v 水岸，船相对河水的速度为v 船水，则船相对岸的速度v 船岸为：v 船岸= v 船水+ v 水岸同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的，因而上式不成立。
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1、相对性原理
（2）相对长度
v L L0 1 c
2
1、相对性原理
（3）相对质量
物体运动时的质量与静止质量的关系
m
m0
v 1 c
2
2、光速不变原理
对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播的光 速都相同,且与光源的运动状态无关。
即谁测真空中的光速都是c ,与惯性系的选择及光源无关。 例：宇宙飞船以20万 km/s的速度飞行, 人在飞船上向前发一束 光, 光在飞船中以光速 c 传播, 地球上的人测得光速多大？ 按运动合成得: c c u 30 20 50万Km/s 实际测得: 注意
特征，这标志着近代理论自然科学的诞生，也成为其他各
门自然科学的典范； ⑶经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会的进步具 有深远影响： ①经典力学形成的科学研究方法的推广应用； ②经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促 进了自然科学的进一步发展； ③经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的 发展。
Albert Einstein
世纪伟人
“ 科学的头脑就是去怀疑,
去证实, 去发现的精神! ”
相对论好象是：“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
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。
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。 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。
牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐明了 运动定律和万有引力定律
时 间 公元前三世纪 1609，1619 1632 1638 1653 1663 1678
1687
请分析比较下列科学家对经典力学的贡献
亚里士多德 国别 生活年 代 主要的 科学研 究方法 伽利略 笛卡儿 法国， 1596～ 1650年 惠更斯 荷兰， 1629～1695 年 牛顿 英国， 1642～1727 年 归纳与演 绎、综合 与分析、 实验观察 等 古希腊，约公 意大利， 元前384～公元 1564～1642年 前322年
6.
6
经典力学的局限性
教学目标
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. 知道相对论、量子力学和经典力学的关系. 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． 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．
我们认识物理这门学科，已经有两年半了， 同学们，你有没有意识到自己是幸运的？我们 从一开始就被直接带入了这座宏伟壮丽的物理 学大厦。 而这座大厦是由一大批杰出的物理学家前 赴后继、呕心沥血构建而成的。 今天，我们在了解物理学发展过程当中， 也结识几个早就和我们所学的知识一同陪伴在 我们身边的物理学界的伟大人物。
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爱因斯坦理论是牛顿理论的发展 一切物 理规律
力学规律
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。 他剖析自己的科学感受时说：
“照亮我的道路,并不断给我新 的勇气去愉快地正视生活理想的 是善、是美、是真”。
观察、思维、 推理
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
两个反面的结 论： 力学方 面的主 要成就
①制成了 世界上第 ①自由落体运 一架计时 ①力是维持物 动规律 体运动的原因。 惯性定律 摆钟。 ②力学相对性 ②测量出 ②重的物体比 原理 重力加速 轻的物体下落 度的值。 得快。
“这个，我考虑过。”罗斯福成竹 在胸，“有的。我们给他们做一个安 全固定的信箱，5000年后，他们到那 里去取就是了……”爱因斯坦饶有兴趣
“但是，虽然有着这一切，我们的商 品的生产和分配是完全无组织的，人们必 须生活在忧虑中，担心被人从经济生活中 抛出，失去一切。除此之外，生活在不同 国家中的人们每隔一个长短不等的时间就 要进行互相杀戮，因此，每一个想到未来 的人必然都生活在经常的忧虑中。” “我相信，我们的后人将怀着一种理 所当然的优越感读上面这几行文字吧。”
1、相对性原理
（1）相对时间
t
t0 v 1 c
2
1、相对性原理
（2）相对长度
爱尔兰物理学家佛兹杰拉德 (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。
一.经典力学的发展历程
收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序 由远及近排列，你是否发现取得重大成就的时间间隔越来越短？ 这说明了什么？
重 大 成 就 阿基米德发现浮力定律 开普勒发现行星运动定律 伽利略阐明了运动的相对性原理 伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理 帕斯卡发现帕斯卡原理 马德堡半球实验、验证大气压力 发现胡克定律——弹簧弹力和形变的关系
B
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A．物体的质量与物体的运动速度无关
B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大
C．物体的质量随物体的运动速度增大而减少
D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
开玩笑，要我写些什么呢？” 罗斯福非常郑重地说：“把我们这 个时代人们的思想和科学的发展，告 诉5000年后的人们，让他们对我们有 所了解。”“这样的信，即使写了也 没法寄啊！”爱因斯坦说，“没有这 样的邮差。”
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。
三 、 狭 义 相 对 论 的 基 本 原 理
1、相对性原理
（1）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）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。
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 .
牛顿力学的绝对时空观: 伽利略和牛顿的绝对时空观 认为,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. 牛顿的局限 1)绝对时空观 认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对 的物理量。 2)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。
经典力学规律只能用于：
宏观物体、低速运动、弱引力。
练习1
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
【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。
【答案】BCD
练习2
有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确的是 （
四、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。
五、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 （参见教材图7.6-1），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。 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。
谢谢！
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
打下重要基础。 第三阶段：
牛顿之后。经典力学又有新的发展，这一阶段主要是后人
对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。
二.经典力学的伟大成就
⑴把人类对整个自然界的认识推进到一个新水平，牛顿从力
学上证明了自然界的统一； ⑵经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的基本
①三大运 动定律、 ②万有引 力定律。
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