经典力学的巨大成就和局限性

1、经典力学的巨大成就和局限性【学习目标】1了解经典力学的发展历程，知道经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献2了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响3认识经典力学的局限性和适用范围【学习重点】1了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响2认识经典力学的局限性和适用范围【知识点导学】经典力学：也叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律。牛顿在伽利略等人工作的基础上，把地面上的物体的运动和行星的运动综合起来进行了深入地研究，发现了机械运动的基本规律牛顿运动三定律和万有引力定律。其不朽名著自然哲学的数学原理，为经典力学奠定了基础。一、自然哲学的数学

2、原理一座永垂不朽的纪念碑1、牛顿的自然哲学的数学原理，是一部奠定了经典力学基础的划时代的著作。它对近现代科学和科学哲学的发展产生了无与伦比的影响，是自然科学史上的一座伟大的丰碑。2、自然哲学的数学原理简介第一部分：“定义和注释”、“运动的基本定律和定理”（包括三个运动定律）。第二部分：是这些定律、定理的应用，共三卷：卷：讨论万有引力定律和行星的运动卷：对流体力学的开创性研究卷：总题目是“论宇宙系统”，是天体力学和宇宙系统的开拓性研究3、法国著名天文学家、天体力学家拉普拉斯对自然哲学的数学原理的评价自然哲学的数学原理将成为一座永垂不朽的深邃智慧的纪念碑，它向我们展示了最伟大的宇宙定律。这部著作是

3、高于人类一切其他思想产物的杰作。这个简单而普遍的定律的发现，因它囊括对象之巨大和多样，给予人类智慧乙以光荣。二、经典力学的巨大成就1、牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃。2、作为经典力学的基础，在建立后的200多年里，几乎统治了物理学的各个领域。并取得了巨大成就。3、经典力学是最早形成的物理理论，后来的许多理论，无不受到经典力学的影响，包括相对论和量子力学。三、经典力学方法论的意义1、经典力学方法的典型就是伽利略和牛顿的研究方法。2、伽利略的方法：开创了将实验、逻辑（数学）相结合的方法，即“自然数学化

4、”的方法。他不仅通过实验进行观察和测量，而且用理想实验的方法进行推理3、牛顿的方法：是指“归纳演绎法”。第一个大量使用数学方法系统地整理物理学理论的，就是牛顿。他的方法与一般演绎法的不同之处在于：演绎的结果必须诉诸实验验证。牛顿的自然哲学的数学原理为以后物理理论的建立树立了一个典范，极大地促进了物理学的发展。四、经典力学的局限性1、机械决定论：经典力学的巨大成就，促使人们用力学观点去理解自然，把一切自然现象都归结为“机械决定论”。一切形式的运动都是机械位移和碰撞的结果（包括生命运动）。主张自然界是由完全相同的微粒组成的，自然界的千差万别，只是微粒的数量和空间排列不同。牛顿曾说：“自然界的一切现

5、象，全都可以根据力学的原理，用相似的推理一一演绎出来。”2、经典力学的时空观：即机械论的时空观，牛顿认为空间和时间是不依赖人大意识而存在，即认为时间和空间是绝对的。具体讲，就是时间和空间是互不相干，而且与物质的运动无关。这种时空观也称“绝对时空观。3、 “两朵小小的乌云”19世纪末，在经典力学基础上发展起来的经典物理学，似乎到了尽善尽美的程度。著名物理学家威廉·汤姆生踌躇满志地宣布：“科学大厦已经基本建成”，“后辈物理学家做一些零碎的修补工作就行了”，不过还有令他担忧的问题，他说：“在物理学晴朗太空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云。”这两朵“乌云”是指：i、迈克尔逊莫雷实验的“以

6、太漂移的零结果”，动摇了以太假设，使牛顿的绝对时空观遇到了严重的困难ii、经典物理学在解释黑体辐射实验结果时，经典理论在紫外区出现了荒谬的结论。这被人们称为“紫外灾难”。4、相对论和量子力学的建立在20世纪初的几十年里，科学家们发现经典物理学在微观、高速领域不再适用，对与两朵“乌云”相关问题的深入研究，又建立了新的时空观念，创立了新的物理理论相对论和量子力学。5、绝对时空观在宏观物体的低速运动领域是足够精确的，但在微观与高速领域就不对了。正因为这个原因，经典力学的适用范围是“宏观（物体）”“低速（运动）”领域。相对论的相关结论，在物体速度远小于光速的情况下正好与经典力学的结论一致。【典例引路】

7、【例1】 简要说明伽利略的科学研究方法.【解析】伽利略开创了通过观察实验、提出假设和数学相结合的研究方法，对自然科学的发展具有划时代的意义.他的方法可总结为三个步骤：先提取出从现象中获得的直观认识的主要部分，用最简单的数学公式表示出来，以建立量的概念；再由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数量关系；然后通过实验证实这种数量关系.他对落体匀加速运动规律的研究便是最好的说明。【例2】 请列出几个具体事例说明万有引力定律的伟大成就及其对人类文明的影响.【解析】1海王星的发现是牛顿力学最辉煌的成就之一1846年9月23日，德国柏林天文台台长伽勒，根据预报的位置，果然发现了这颗大行星.其发现位置与勒威

8、耶预报的位置仅差52，与亚当斯预报的位置仅差2°27。 海王星的发现又使太阳系的边界向外延展了约17亿千米.海王星的发现是牛顿奠定的天体力学的辉煌成果，是理论指导实践的典范。2测量地球质量格林威治天文台第五任台长马斯科利恩(公元17321811年)，最早根据万有引力定律，推算出了地球的质量.今天测量地球质量的方法很多，但都离不开万有引力定律。3根据万有引力定律计算出了人造地球卫星的速度.1957年10月4日，前苏联发射世界第一颗人造地球卫星.此后，人类的足迹不断向地球以外的宇宙深处推进，迎来了航天工业的空前繁荣.万有引力定律使“天上”“地面”的“力”统一起来，消除人类对天体的神秘感，

9、促进了人类思想的解放，直接导致了航空航天科技的诞生和发展，使人类得以冲出地球、飞向宇宙，开拓更广阔的生存空间。【课堂练习】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“神舟”五号飞船的高速发射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2两台升降机甲、乙同时自由下落，甲上的人看到乙是静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没有改变，但是乙确实受到向下的地球引力.根据牛顿定律，受到外力作用的物体，其运动状态一定会改变，这不是有矛盾吗？你是如何理解的？参考答案1【解析】牛顿定律只能用于“宏观低速”的情形，这里的“宏观”是相对于微观粒子而言的.这里的“低速”是相对于光速

10、而言的。原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿定律，B、C、D中各项运动虽然是“高速”，但相对于光速来说，却是微不足道的，完全可以用牛顿定律研究其规律.故应选BCD。2【解析】牛顿定律只能适用于惯性参考系，即用来作为参考系的物体不能有加速度(可以是静止或匀速运动).当甲上的人看到乙静止实际是以做加速运动的升降机甲为参考系的，这时牛顿定律不再成立。【课后检测】§6.1经典力学的巨大成就和局限性课后检测题1.请列出一些由经典力学延伸发展起来的边缘交叉学科的名字。2收集整理经典力学发展过程中的重大成就事件，并按时间顺序由远及近列表排列。你是否发现取得重大成就的时间间隔越来越短？这说明

11、了什么？3. 请通过查阅资料分析比较下列科学家对经典力学的贡献。亚里士多德伽利略笛卡儿惠更斯牛顿国别、生活年代主要科学研究方法力学方面主要成就4. 你认为一套自然科学理论应具有哪些基本特征？【课后检测参考答案】1天体力学、地质力学、材料力学、生物物理、物理化学、空间物理学、物理医学等。2 重 大 成 就时间阿基米德发现浮力定律公元前三世纪开普勒发现行星运动规律1609,1619伽利略阐明了运动的相对性原理1632年伽利略发现自由落体运动规律、惯性原理1638年帕斯卡发现帕斯卡原理1653年马德堡半球实验，验证大气压力1663年发现胡克定律弹簧弹力和形变的关系1678年牛顿发表自然哲学的数学原理，得到了天地统一的规律1687年新的科学成果产生的时间间隔越来越短。说明随着人类生产力的发展，人类的认识能力不断增强，因此新的科学成果产生的时间间隔变短。特别是当今社会，知识更新、技术更新周期缩短就更为明显。3亚里士多德伽利略笛卡儿惠更斯牛顿国别、生活年代古希腊，约公元前384公元前322年意大利1564年1642年法国15961650年荷 兰16291695年英 国16421727年主要科学研究方法观察、思维推理观察实验、假设、数学推理三者相结合实验观察、数学推理实验