经典力学的局限性高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第七章万有引力与航天5经典力学的局限性伽利略、第谷哥白尼、亚里士多德笛卡尔、胡克、哈雷等如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。

——牛顿经典力学金字塔的建立开普勒牛顿经典力学的发展过程经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。物理学家杨振宁曾赞颂到：“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。”牛顿的《自然哲学的数学原理》被评价为科学史上最伟大的著作经典力学的发展过程一、从宏观到微观

19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。

20世纪20年代，建立了量子力学，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。对牛顿运动定律受参考系限制的认识可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。经典力学的局限性一、从低速到高速

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推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此，常识告诉我们，物体运动速度是有极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超越这个速度。速度远小于光速时，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。Fm经典力学受速度限制的分析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己流逝着，并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关的流逝着——牛顿绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始终如一和静止不动的——牛顿经典力学的局限性1905年，26岁的德裔美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879─1955）发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，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而变化。二、从低速到高速什么是低速，什么是高速？

通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等。与光速相接近的速度称为高速，有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近。一、从低速到高速时延（钟慢）——时间膨胀通过这两条假设，爱因斯坦出了很多奇葩的结论，比如：时间膨胀。说的是，如果你想对于我高速运动，那我看你的时间就会变慢，这种变慢可以理解成，如果你在高速的飞船里做操，那我这里看到的就是你在慢动作做操。而你自己其实感觉到的时间是正常流逝。所以，是以我参考系看你时间膨胀了。如果你也看到，你也会发现我的时间也变慢了，因为我想对于你也是在高速运动的。尺缩（矮胖）——尺度缩短高速运动状态下，空间发生变化。以下就是0.1倍光速，0.8倍光速和0.95倍光速的情况相对质量在经典力学中，物体的质量是不变的，但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m0为物体静止时的质量m是物体速度为v时的长度c是真空中的光速——动质量增大二、从低速到高速能否将一物质的速度加速至光速？质量随速度增大而增大

二、从低速到高速除了时间膨胀，还有尺缩效应，其实说的是如果你相对于我高速运动，那你的尺寸会缩短。你会发现，为什么要么和时间，要么和长度（空间）有关，这其实就和狭义相对论要统一的对象有关，狭义相对论统一了时间和空间。爱因斯坦认为时间和空间并不是分离的两个物理量，它们会受到运动的影响。所以，我们要把它们结合起来研究，并称为时空。由于我们生活在三维的空间内，所以也可以叫做三维时空。而光速则是三维时空的一个特殊属性，描述了两个事件之间的时空间隔。说得直白点就是，你看到镜子里的自己永远都是过去的自己.因为这里要经历跑光到镜面再跑回来，所以过去影响现在，现在影响未来，在光能跑到的范围内，都会影响到未来，有一句很文艺的话就是：光锥即命运。说的就是这道理。趣例当你驾驶飞快的汽车通过一个门洞时，从你的角度来看这段距离要比实际距离短得多。这种情况在日常生活中经常被忽略不被注意是因为物体运动速度都很慢，长度收缩现象不明显.。屋子中有两盏灯，A站在两盏灯中间，B以一定速度踩着滑板向一盏灯运动正好到达中间。当两灯同时打开时A看到的现象是两灯同时亮，而B看到的却是面对他的那盏先亮，背对他的那盏后亮。你现在穿的是25厘米的鞋，但在宇宙飞船上的人测得你穿的鞋的长度可能就只有20厘米了。一、从低速到高速三、从弱引力到强引力物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用天体半径减小到一定程度时,如白矮星中子星，密度特别大，天体间的引力非常大，属于强引力。经典力学不再适用。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，光也无法逃脱。爱因斯坦广义相对论广义相对论其实狭义相对论还有质能等价的部分，说的是运动也会影响到质量和能量，不过这并不是我们这次的重点。我们先来说说广义相对论，广义相对论被很多人认为是描述引力的一个理论。说的是引力的本质是时空的弯曲。地球之所以会绕着太阳转，就是因为太阳弯曲了周围的时空。而地球是沿着时空的测地线在运动。这个测地线其实就是时空内的“直线”，两点之间的最短路径，如果一个物体不受任何外力都会沿着测地线运动。（我们把视角降维到二维上看，就是下面这样。）狭义相对论和广义相对论的区别狭义相对论统一了时空，广义相对论扭曲了时空其实狭义相对论描述的三维时空是平直的三维时空，也就是没有弯曲的时空（我们也可以说这是曲率为0的时空），在这样的时空内，光都是沿着直线在运动的，不带拐弯的。至于广义相对论，它描述的是弯曲的时空的，也就是非惯性参考系。所以，狭义相对论和广义相对论最本质的区别就在于时空是不是弯的。相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义。它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于弱引力，不适用于强引力。讨论与交流

互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。宏观低速高速强引力相对论、量子力学和经典力学的关系.经典力学狭义相对论广义相对论量子力学微观世界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1【答案】BCD【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。练习

2.有关物体的质量与速度的关系的说法,正确的是（）

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