经典力学发展简史姓名：周玉全力学是物理学中最早发展的分支，它和人类的生活与生产关系最为密切。
经典力学是力学的一个分支。
经典力学是以牛顿运动定律为基础，研究宏观、低速状态下物体运动的一门学科。
力学的发展可谓与人类生活与生产息息相关。
早在遥远的古代，人们就在劳动生产中应用杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，促进了静力学的发展。
公元前二百多年，古希腊的阿基米德提出了杠杆原理以及浮力定律。
而我国古代的春秋战国时期，以《墨经》为代表作的墨家，总结了大量力学知识。
虽然这些知识尚属于力学的萌芽，但不妨它在力学发展史中占有一席之地。
在古代，由于人们缺乏经验以及生产水平低下，没有适当科学仪器，导致力学的发展受到抑制。
古希腊时代的亚里士多德主张物体速度与外力成正比、重物下落比轻物快、自然界惧怕真空等，看起来的确与经验没有明显矛盾，因此这些理论长期没人怀疑。
当然力学长期得不到较大发展还与西方教会利用所谓“科学”奴役人们思想有关。
这点最为人所熟知便属“地心说”了。
托勒密的“地心说”因与《圣经》内容相符，再加上按地心说预报的行星位置在当时目测精度下与实际位置相差不多，故被人广泛接受。
首先揭开科学革命序幕、反对一直被奉若圭臬的“地心说”的是天文学领域。
公元1543年，哥白尼发表了《天体运行理论》来具体论述日心体系。
但这一新思想一开始并未能得到世人的广泛认识，因为当时教会仍然占有统治地位，而日心说与《圣经》内容相悖。
科学发展越快，教会越趋极端，凡是不符合教会思想而另有主张的人，都会遭到迫害。
意大利思想家布鲁诺就是一位信仰和宣扬哥白尼体系而英勇献身的科学殉道士。
他认为宇宙是无限的，在太阳系之外还有无数的世界，这比日心说更为有力的冲击了教会的教义，因此被处以火刑。
但科学并不会因惧怕火刑而驻足不前。
德国天文学家开普勒在基于天文学家第谷毕生积累的天文观测资料的基础上，经过计算，得出了开普勒第一和第二定律，并在1609年出版的《新天文学》一书中，公布了这两条行星运动定律。
第一节经典力学的成就与局限性第二节经典时空观与相对论时空观1.了解经典力学的发展历程和伟大成就．2.知道经典力学的局限性和适用范围．3．了解经典时空观及其基本推论． 4.了解狭义相对论的理论基础与相对论时空观的几个推论．一、经典力学的发展历程1.15世纪以后，欧洲文艺复兴时期，各行各业迅速发展，物理学也进入了快速发展的阶段．2.16世纪，波兰的天文学家哥白尼创立了日心说，解放了世人的思想．3.17世纪，伽利略发现了惯性定律、落体定律及力学相对性原理，奠定了动力学的基础．法国的笛卡儿、荷兰的惠更斯、德国的开普勒分别在不同领域作出了重要贡献．在17世纪，最伟大的科学家牛顿在前人研究的基础上，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，总结出了力学运动规律——牛顿运动定律和万有引力定律．4.18世纪，很多科学家投入了大量的精力研究物理学问题，从动量、能量角度完善了牛顿力学．5.19世纪，科学家用新的、更简洁的形式重新表述了牛顿运动定律，形成了分析力学．同时，经典力学由单个质点推广到多质点构成的系统，建立了刚体力学、弹性力学、塑性力学、流体力学等．1．(1)伽利略发现了行星运动的规律．( )(2)卡文迪许通过实验测出了引力常数．( )(3)牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因．( )(4)笛卡儿对牛顿第一定律的建立作出了贡献．( )提示：(1)×(2)√(3)×(4)√二、经典力学的成就和局限性1.经典力学的伟大成就(1)经典力学把天上物体和地上物体统一起来，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合．(2)使人们认识到了以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论的基本特征．(3)建立了以实验和数学相结合的研究方法．(4)推动了其他学科的发展，与其他学科相结合产生了一些交叉性的分支学科．2.经典力学的局限性和适用范围(1)经典力学不适用于研究高速运动(接近光速)的物体．(2)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．1．牛顿第二定律属经典力学理论，它在高速世界还适用吗？提示：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．三、经典时空观1.惯性系与非惯性系(1)惯性系：牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系．(2)非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系．2.伽利略相对性原理：对于所有惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的．3.经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变．4.经典时空观的几个具体结论(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；(4)物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．2．(1)质量是物体的固有属性，任何时候都不会改变．( )(2)经典力学可以解决自然界中所有的问题．( )提示：(1)×(2)×四、相对论时空观1.光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾．2.狭义相对论的两条基本假设(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(2)光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得真空中的光速都相同．3.相对论时空观(1)“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生两个事件，在另一个参考系看来是不同时的．(2)运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢．运动速度越快，效果越明显．(3)运动的尺子缩短：物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短．(4)物体质量随速度的增加而增大．2．在“时间延缓效应”中，钟表走快走慢应如何理解？提示：每个惯性系中的观测者都是使用静止于该参考系中的时钟进行有关时间的观测，对同一物理过程经历的时间，在不同惯性系中观测，测得的结果不同，并不是时钟走快了或走慢了，而仅仅是一种观测效应．对经典时空观与相对论时空观的认识[学生用书P78]1.绝对时空观是在地球范围内凭直觉经验建立起来的，它符合人们对空间、时间的主观感受；相对论时空观是在光速不变的实验事实上，以狭义相对论的两条基本假设为前提建立的．2.经典时空观中，时间、空间、物质是彼此独立、互不联系的，时间、长度和质量这三个物理量都与参考系的运动无关．相对论时空观中，空间和时间是运动着的物质的存在形式，时空概念是从物质运动中抽象出来的，它们之间相互依赖、彼此联系．3.只有在高速运动时，相对论效应才比较显著，在通常情况下，相对论效应极其微小，可忽略不计，仍可按经典时空观理解．理解时空观应特别注意参照系．时空观所研究的就是时间、空间与参考系的问题，经典时空观认为时间和空间是绝对的，与参考系的选取无关，相对论时空观认为对于一个参照系，都有只属于这个参照系的空间和时间．所以在相对论时空观中必须时刻清楚观察者所选定的参考系．(多选)下列说法中属于经典时空观的观点是( )A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B．时间和空间不依赖人们的意识而存在C．时间和空间是绝对的D．时间和空间是紧密联系、不可分割的[解析] 经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的，绝对的，故A、B、C属于经典时空观；D属于相对论时空观．[答案] ABC在经典力学中，时间、长度和质量都与参考系的运动无关．1.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．经典力学包含在相对论之中，经典力学是相对论的特例解析：选D.相对论的建立并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形．所以A、B、C错误，D正确．狭义相对论的基本假设及结论[学生用书P78]1.狭义相对论的基本假设(1)相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的．(2)光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．2.狭义相对论的结论(1)“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一参考系看来是不同时的，这称为“同时”的相对性．(2)运动的时钟变慢：相对于观察者运动的时钟，比相对于观察者静止的时钟走得慢．运动速度越快，效果越明显．(3)运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，在沿运动方向上观察，物体的长度要缩短，速度越快，缩得越短．(4)物体质量随速度的增加而增大：当速度接近光速时，质量趋于无穷大．如果物体的运动速度比光速小很多时，物体运动时的质量和物体静止时的质量相等．这意味着经典力学是相对论的一个特例．可见相对论比经典力学具有更普遍的意义．相对论中的时间延缓、长度缩短、质量增大现象是观测效应，并非时钟走慢了，也并非是物体的长度、质量变化了．如图所示，地面上A、B两个事件同时发生．对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说，哪个事件先发生？[思维流程] 解答本题可按以下思路分析：[解析] 可以设想在事件A发生时A处发出一个闪光，事件B发生时B处发出一个闪光，“两闪光相遇”作为一个事件，发生在线段AB中点，这在不同参考系中看都是一样的．“相遇在中点”这个现象在地面坐标系中很容易解释：两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度又一样，当然在线段的中点相遇．火箭上的人则有如下推理：地面在向火箭方向运动，从闪光发生到两闪光相遇，线段中点向火箭的方向运动了一段距离．因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的光速相同，一定是闪光B发生得早一些．即B事件先发生．[答案] B事件先发生对于同一事件，在不同参考系中看到的现象是不同的．2.属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比解析：选A.狭义相对论的基本假设有：(1)狭义相对论的相对性原理，一切彼此做匀速直线运动的惯性参考系，对于描述运动的一切规律来说都是等价的；(2)光速不变原理，对任一惯性参考系，真空中的光速都相等，所以只有A正确．易错易混——光速不变原理与速度合成关系式设某人在以速度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[易错分析] 本题易错选项及错误原因具体分析如下：易错选项错误原因根据关系式v＝v船＋c求得光速为1.5c，忽视光速不变原理，实际上任何物体A的运动速度不可能大于光速根据关系式v＝c－v船求得光速为0.5c，实际上接近光速时，以上关系式已不B再适用将飞船速度误认为是光速，这其实是两个不同的概念，而且也违背光速不变原C理，光在一切惯性参考系中，在真空中的传播速度都是c[解析] 根据光速不变原理知，在任何惯性系中测得的真空中的光速都相同，都为c，故D正确．[答案] D(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．[随堂达标][学生用书P79]1.17世纪末，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，建立了完整的经典力学体系，使物理学从此成为一门成熟的自然科学的科学家是( )A．牛顿B．开普勒C．笛卡儿D．伽利略解析：选A.牛顿在前人研究的基础上，总结出一套普遍适用的力学运动规律，建立了完整的经典力学体系．2.(多选)牛顿运动定律适用于下列哪些情况( )A．研究原子中电子的运动B．研究“神舟十号”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解析：选BCD.牛顿力学属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，并注意到低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿运动定律适用于B、C、D中描述的运动，而A不适用．3．如果你以接近于光速的速度朝一星体飞行，你可以根据下述变化发觉自己是在运动的是( )A．你的质量在增加B．你的心脏跳慢了C．你的尺寸在变小D．你的感觉和在地面上的感觉都是一样的解析：选D.“你”相对飞船这个惯性参考系是静止的，因此“你”不能发现自己有什么变化，“你”的感觉和在地面上的感觉是一样的，D正确．4.(多选)关于质量和长度的说法中正确的是( )A．物体的质量与位置、运动状态无关，是物质本身的属性B．物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化可忽略不计C．物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性D．物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化可忽略不计解析：选BD.由相对论的时空观可知，在物体运动的速度较低时，即远小于光速时物体的长度和质量基本保持不变，在物体的运动速度接近于光速时，质量随速度的增大而增大，在速度的方向上，物体的长度随速度的增大而缩短，故B、D说法正确，A、C错误．5．A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以v B和v C朝同一方向飞行，v B<v C，地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？解析：运动的时钟变慢，相对观察者运动速度越大，时钟走得越慢，故C时钟最慢，A时钟和观察者相对静止，故A时钟最快．答案：C时钟走得最慢，A时钟走得最快．[课时作业][学生用书P128(单独成册)]一、单项选择题1.20世纪初，提出了狭义相对论，引起了人们对时空观认识的改革的科学家是( )A．惠更斯 B．普朗克C．爱因斯坦 D．洛伦兹解析：选C.20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论，揭示了时间、空间与物体的运动速度之间的必然联系，引起了人们对时空观认识的改革．2．如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭A是迎着光飞行的，火箭B是“追赶”光的，若火箭相对地面的速度为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为( )A．c＋v c－v B．c－v c＋vC．c c D．无法确定解析：选C.根据光速不变原理，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，因此在火箭A、B两个惯性参考系中，观察者测量到的光速一样大，均为c，故C正确．3.惯性系S中有一边长为l的正方形(如图所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )解析：选C.物体运动时在运动方向上，相对观察者缩短，因物体相对S系沿x方向运动，故在x方向上缩短，C正确．4.有一对孪生兄弟小明和小伟，当他们长大到20岁时，由于航天的需要，小伟要乘坐航天飞船去太空进行科学研究，小明在地球上经过了20年后，小伟才返回地面，则下列判断正确的是( )A．小明显得更年轻B．小伟显得更年轻C．他们俩一样年轻D．无法判断谁更年轻解析：选B.狭义相对论的时空观认为，时间是相对的，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的，根据爱因斯坦的时间延缓效应，当飞船接近光速时，时间会变慢．故小伟显得更年轻．5．伽利略是经典力学的开创者，有关他的叙述错误的是( )A．伽利略对运动进行了描述和分类，对自由落体运动规律进行了探索，得到了惯性原理，研究了抛体运动的轨迹B．伽利略提出了运动的相对性原理，开创了实验科学C．伽利略的研究，无论是在动力学的基本原理上，还是在动力学的研究方法上，都作出了奠基性的重要贡献D．伽利略提出了狭义相对论解析：选D.伽利略是经典力学的开创者，A、B、C选项内容皆为其科学贡献，故A、B、C 说法均正确；狭义相对论是爱因斯坦提出的，D说法错误．6.日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( )A．运动中的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．物体的质量太小D．物体的质量不随速度的变化而变化解析：选B.在宏观物体的运动中，由于v≪c，所以质量变化不大，而不是因为物体的质量太小或无法测量，也不是因为质量不随速度的变化而变化，正确选项为B.二、多项选择题7.下列运动中经典力学能适用的是( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”火星探测器D．微观粒子的波动性解析：选ABC.经典力学不能适用的情况是微观、高速物体的运动．8.下列说法正确的是( )A．牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系B．在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性C．按照经典时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关D．伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动解析：选BCD.牛顿运动定律只适用于惯性系，而相对静止的参考系不一定是惯性系；伽利略的相对性原理表明，所有的惯性系都是等效的；经典时空理论中，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关．9．如果牛顿运动定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，则在参考系B中正确的是( )A．牛顿运动定律也成立B．牛顿运动定律不能成立C．参考系B不是惯性参考系D．A和B两个参考系中，一切物理规律都是相同的解析：选AD.由于牛顿运动定律在参考系A中成立，因此A为惯性参考系，而B相对于A 做匀速直线运动，所以B也为惯性参考系．根据伽利略的相对性原理，一切物理规律在不同的惯性参考系中都是相同的，故选项A、D正确，B、C错误．10.在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是( )A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C．火箭上的人观察到地面上的物体的长度和时间进程均无变化D．火箭上的人看到地面上的物体长度变小，时间进程变慢了解析：选BD.根据“尺缩效应”“动钟变慢”原理，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程应该变慢了，A错误，B正确；根据相对性，火箭上的人看到地面上的物体长度变小，时间进程变慢了，C错误，D正确．。
力学发展史的几个重要阶段引言力学作为物理学的一个重要分支，研究物体运动的规律以及力的作用和效果。
力学的发展历程可以追溯到古代希腊时期，经过了多个重要的阶段。
本文将对力学发展史的几个重要阶段进行探讨。
古代力学的奠基希腊古代力学的兴起希腊古代力学的兴起可以追溯到公元前6世纪的毕达哥拉斯学派。
毕达哥拉斯学派提出了“万物皆数”的观念，将力与数学联系在一起。
这为后来的力学研究奠定了基础。
阿基米德的力学成就古希腊科学家阿基米德在力学领域做出了重要贡献。
他提出了浮力定律和杠杆原理，为后来的力学研究提供了重要的理论基础。
经典力学的建立牛顿力学的诞生17世纪末，英国科学家牛顿提出了经典力学的三大定律，即惯性定律、运动定律和作用-反作用定律。
这一理论体系完整地描述了物体运动的规律，开创了经典力学的时代。
牛顿力学的发展牛顿力学的建立并不是一蹴而就的，它经历了长期的发展过程。
随着科学技术的进步，人们对力学规律的认识不断加深，牛顿力学也得到了进一步的完善和发展。
进一步发展的力学理论拉格朗日力学18世纪末，法国数学家拉格朗日提出了拉格朗日力学，这是一种以能量和广义坐标为基本概念的力学理论。
拉格朗日力学更加简洁优美地描述了物体运动的规律，成为经典力学的重要组成部分。
哈密顿力学19世纪初，爱尔兰数学家哈密顿提出了哈密顿力学，它是一种以广义坐标和广义动量为基本概念的力学理论。
哈密顿力学在力学研究中起到了重要的作用，为后来的量子力学的发展奠定了基础。
相对论力学20世纪初，爱因斯坦提出了相对论的理论框架，将时间和空间统一起来。
相对论力学修正了牛顿力学的一些不足，对高速运动和强引力场下的物体运动提供了更加准确的描述。
现代力学的新发展量子力学20世纪初，量子力学的理论被提出。
量子力学描述了微观粒子的运动规律，与经典力学有着本质的区别。
量子力学的发展为理解微观世界的力学行为提供了新的视角。
统计力学统计力学是一种研究大量微观粒子统计行为的力学理论。
