经典力学的成就

1、 一、经典力学的成就与局限性 1、经典力学、经典力学 经典力学是以牛顿定律为基础的体系，是时代牛顿定律为基础的体系，是时代 的产物，是的产物，是许多科学家许多科学家经过艰苦探索才完成的科经过艰苦探索才完成的科 学，（又称牛顿力学）。学，（又称牛顿力学）。 经典力学包括的内容分为经典力学包括的内容分为力、热、电、光、力、热、电、光、 原原五大部分五大部分 注意：注意：经典力学的基础是牛顿运动定律，但不经典力学的基础是牛顿运动定律，但不 能说成能说成牛顿力学就是经典力学牛顿力学就是经典力学 伽利略、牛顿时代之前。人们对力学现象的研究大多直接伽利略、牛顿时代之前。人们对力学现象的研究大多直接 反映在

2、技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还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 米德。米德。 从伽利略到牛顿。是经典力学从基本要领、基本定律到建从伽利略到牛顿。是经典力学从基本要领、基本定律到建 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。打下重要基础。 牛顿之后。经典力学又有新的发展，这一阶段主要是后人牛顿之后。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

3、象进行了拓展和完善。对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。 与光速相比与光速相比 牛顿运动定律与参考系牛顿运动定律与参考系 经典力学与与运动速度经典力学与与运动速度 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。 所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。 所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。 解析：经典力学不适用于高速物体，“高速”指的是接近 光速 c3.0108 m/s.而火箭、宇宙飞船和宇宙探测器的速

4、度均 远小于光速，对答案 A、B、C 所叙述的物体经典力学均适用， 对于微观粒子，一般情况下，经典力学不适用 答案：D 【例1】经典力学不能适用于下列哪些运动() A火箭的发射 C“勇气号”宇宙探测器 B宇宙飞船绕地球运动 D微观粒子的波动性 1下列说法正确的是()B 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问题 D经典力学可以解决自然界中所有问题 解析：经典力学包括的内容分为力、热、电、光、原五大经典力学包括的内容分为力、热、电、光、原五大 部分经典力学是以牛顿定律为基础的部分经典力学是以牛顿定律为基础的 2.(20112.(2011桂林

5、高一检测桂林高一检测)17)17世纪末，采用归纳与演绎、综世纪末，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从此成为一门成熟的自然科学的科学家是( )( ) A.A.牛顿牛顿 B. B.开普勒开普勒 C. C.笛卡儿笛卡儿 D. D.伽利略伽利略 【解析】【解析】选选A.A.牛顿创建了完整的经典力学体系，故牛顿创建了完整的经典力学体系，故A A正确正确. . 3.3.经典力学适用于解决经典力学适用于解决( )( ) A.A.宏观高速问题宏观高速问题 B. B.微观低速问题微观低速

6、问题 C.C.宏观低速问题宏观低速问题 D. D.微观高速问题微观高速问题 【解析】【解析】选选C.C.经典力学局限于运动速率远小于真空中光速经典力学局限于运动速率远小于真空中光速 ( (低速低速) )的宏观物体，对高速运动的物体和微观粒子不适用，的宏观物体，对高速运动的物体和微观粒子不适用， 所以只有所以只有C C正确正确. . 【典例【典例1 1】(2011(2011汕头高一检测汕头高一检测)()(双选双选) )以下说法正确的以下说法正确的 是是( )( ) A.A.经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适 用用 B.B.经典力学理论

7、的成立具有一定的局限性经典力学理论的成立具有一定的局限性 C.C.在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变 D.D.相对论与量子力学否定了经典力学理论相对论与量子力学否定了经典力学理论 【解题指导】【解题指导】经典力学与相对论、量子力学并不矛盾，经典力学与相对论、量子力学并不矛盾， 只是适用范围不同，经典力学是相对论、量子力学在一定只是适用范围不同，经典力学是相对论、量子力学在一定 条件下的特殊情况条件下的特殊情况. . BC 【变式训练】关于经典力学和相对论，下列说法正确的是【变式训练】关于经典力学和相对论，下列说法正确的是 ( )(

8、) A.A.经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容 B.B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的 C.C.相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系 D.D.经典力学包含在相对论之中，经典力学是相对论的特例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】【解析】选选D.D.相对论的建立并没有否定经典力学，而是认为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经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形. .所以所以

9、A A、B B、C C错错 误，误，D D正确正确. . 【变式备选】【变式备选】( (双选双选)20)20世纪以来，人们发现了一些新世纪以来，人们发现了一些新 的现象，而经典力学却无法解释的现象，而经典力学却无法解释. .经典力学只适用于解决物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，一般不适用于微观粒子，这说明于宏观物体，一般不适用于微观粒子，这说明( )( ) A.A.随着社会的发展，经典力学已成了过时的理论随着社会的发展，经典力学已成了过时的理论 B.B.人们对客观事物的具体认识，在广度上是

10、有局限性的人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的 C.C.不同领域的事物其本质与规律都相同不同领域的事物其本质与规律都相同 D.D.人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同 事物的本质与规律事物的本质与规律 BD 4 4、相对论效应的理解、相对论效应的理解 （1 1）. .同时的相对性：同时是相对的，不存在所有参考系普适的同时同时的相对性：同时是相对的，不存在所有参考系普适的同时 性概念性概念. . （2 2）. .运动时钟变慢：若运动时钟变慢：若tt为静止时间，为静止时间，tt为运动时间，为运动时间， 其关系为其关系为 (3).

11、(3).运动尺子缩短：若运动尺子缩短：若l0 0为静止长度，为静止长度，l为运动长度，其关系为运动长度，其关系 为为 (4).(4).物体的质量增大物体的质量增大. . 物体的静止质量物体的静止质量m m0 0和运动的质量和运动的质量m m之间有如下关系：之间有如下关系： 2 t t. v 1 ( ) c 2 0 v 1 ( ) . c ll 0 2 m m. v 1 ( ) c (1) (1)相对论中的时间延缓、长度缩短、质量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、质量变化了长度、质量变化

12、了. . (2)(2)光速是物体运动的极限速度光速是物体运动的极限速度. . 【典例【典例2 2】一支静止时】一支静止时30 m30 m的火箭以的火箭以3 km/s3 km/s的速度从观察者的速度从观察者 的身边飞过的身边飞过. . (1)(1)观察者测得火箭的长度应为多少观察者测得火箭的长度应为多少? ? (2)(2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少火箭上的人测得火箭的长度应为多少? ? (3)(3)如果火箭的速度为光速的二分之一如果火箭的速度为光速的二分之一, ,观察者测得火箭的观察者测得火箭的 长度应为多少长度应为多少? ? 【解题指导】【解题指导】解答本题应注意以下两点：解答本题应注意

13、以下两点： 【标准解答】【标准解答】火箭上的人相对火箭永远是静止的火箭上的人相对火箭永远是静止的, ,无论火箭无论火箭 速度是多少速度是多少, ,火箭上的人测得火箭长与静止时测得的火箭的火箭上的人测得火箭长与静止时测得的火箭的 长均是长均是l=30 m,=30 m,而火箭外面的观察者看火箭时而火箭外面的观察者看火箭时, ,有相对速度有相对速度v,v, 则它的测量值要缩短则它的测量值要缩短, ,即即ll, ,由由 当当v=v= 3 310103 3 m/s m/s时时, , 当当 时时, ,l=26 m.=26 m. 答案：答案：(1) (2)30 m (3)26 m(1) (2)30 m (3

14、)26 m 2 2 v 1 c ,ll 10 301 10 m30 m, l c v 2 10 301 10 m 【规律方法】【规律方法】时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法 明确时间间隔的相对性公式中各量的含义明确时间间隔的相对性公式中各量的含义,t,t是在是在“静止静止 的参考系的参考系”( (通常将观察者所在的参考系看成静止的通常将观察者所在的参考系看成静止的) )中测中测 得的时间差得的时间差,t,t是在相对于是在相对于“静止参考系静止参考系”为为v v的的“运动运动 参考系参考系”中测量的时间差中测量的时间差. . (1)“(1)“钟慢效应钟慢效应

15、”或或“动钟变慢动钟变慢”是两个不同惯性系进行时是两个不同惯性系进行时 间比较的一种效应间比较的一种效应, ,不要认为是时钟的结构或精度因运动而不要认为是时钟的结构或精度因运动而 发生了变化发生了变化. . (2)(2)运动时钟变慢完全是相对的运动时钟变慢完全是相对的, ,在两个惯性参考系中的观在两个惯性参考系中的观 测者都将发现对方的钟变慢了测者都将发现对方的钟变慢了. . 【互动探究】例题中火箭内完好的手表走过了【互动探究】例题中火箭内完好的手表走过了6060秒秒, ,若火箭若火箭 以以0.8c0.8c速度飞行，地面上的人认为经过了多长时间速度飞行，地面上的人认为经过了多长时间? ? 【解

16、析】【解析】火箭上时间火箭上时间t=60 s,t=60 s,火箭的速度火箭的速度v=0.8c,v=0.8c, 所以地面上的人观测到的时间所以地面上的人观测到的时间 答案：答案：100100秒秒 2 2 2 t60 t100 0.8c v 1 () 1 c c 秒秒 要点2经典时空观与相对论时空观的理解 经典时空观认为时间和空间彼此独立，互不关联相对论时 空观认为时间与空间相互联系，主要有：“同时”的相对性，运 动的尺子变短，运动的时钟变慢，物体质量随速度的增大而增大 【例】(双选)联系相对论时空观，判断下列有关质量和长 度说法中正确的是() A物体的质量与运动状态无关 B物体的质量与运动状态有

17、关，只是在速度较低的情况 下，变化忽略不计 C物体的长度与运动状态无关 D物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低的情况 下，变化忽略不计 解析：理解相对论时空观的四个主要观点 答案：BD 2A、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，以速度 vB 和 vC 朝一方向飞行，vBvC. 地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢() C AA 时钟 CC 时钟 BB 时钟 D三个时钟一样慢 解析：根据相对论时空观，速度越大时钟越慢，显然选项 C 正确 3、下列哪些说法符合狭义相对论的假、下列哪些说法符合狭义相对论的假 设（设（ ） A、在不同的惯性系中，一切力学规律都

18、是相同的、在不同的惯性系中，一切力学规律都是相同的 B、在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的、在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的 C、在不同的惯性系中，真空中的光速都是相同的、在不同的惯性系中，真空中的光速都是相同的 D、在不同的惯性系中，真空中的光速都是不同的、在不同的惯性系中，真空中的光速都是不同的 三、广义相对论 1、爱因斯坦于、爱因斯坦于1916年创立了广义相对论，根据年创立了广义相对论，根据 该理论推得一些结果，该理论推得一些结果， （1)当光线通过强引力场时，光线会发生当光线通过强引力场时，光线会发生偏折偏折： 即时空会发生即时空会发生“弯曲弯曲” （2）引力场存在）引力

19、场存在引力波引力波 2、广义相对论把、广义相对论把时间、空间和物质的运动时间、空间和物质的运动紧密紧密 地联系在了一起地联系在了一起 四、初识量子论 1、量子论的基本内容量子论的基本内容 （1）量子假设最早是由德国物理学家）量子假设最早是由德国物理学家普朗克普朗克提提 出，量子力学是解决出，量子力学是解决微观微观世界物质运动规律的强世界物质运动规律的强 大武器。大武器。 （2）量子论认为微观世界的某些物理量是不连）量子论认为微观世界的某些物理量是不连 续续 的，而只能取某些的，而只能取某些分立值分立值，相邻两分立值之差称，相邻两分立值之差称 为一个为一个量子量子 （3）一切微观粒子都具有）一切

20、微观粒子都具有波粒二象性波粒二象性 2、量子论的作用、量子论的作用 经典力学经典力学揭示了揭示了宏观世界宏观世界的规律，的规律，量子量子 力学力学揭示了揭示了微观世界微观世界的基本规律，两都的基本规律，两都 存在原则的区别。后者成为原子物理、存在原则的区别。后者成为原子物理、 核物理、粒子物理学的理论基础，对化核物理、粒子物理学的理论基础，对化 学、生物学的发展也起了巨大的促进作学、生物学的发展也起了巨大的促进作 用用 总结 经典力学与相对论、量子理论的关系经典力学与相对论、量子理论的关系 近期建立的相对论和量子力学是一种全新的时空与引力理论，近期建立的相对论和量子力学是一种全新的时空与引力理

21、论， 它并没有否定经典力学理论，是在经典力学基础上加以完善，它并没有否定经典力学理论，是在经典力学基础上加以完善， 适用范围更广、更全面。适用范围更广、更全面。 2、两种理论的适用范围不同、两种理论的适用范围不同 经典力学理论适用于经典力学理论适用于弱引力弱引力作用下，作用下，宏观低速运动的物体宏观低速运动的物体， 而而不不适用于强引力作用下，微观高速运动的物体适用于强引力作用下，微观高速运动的物体 1、两种理论是历史发展的不同产物、两种理论是历史发展的不同产物 （经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例）（经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例） 3、小船在河中顺流而下，在经典力学中，时间

22、和空间、小船在河中顺流而下，在经典力学中，时间和空间 互不相干，它们的存在和测量均与运动无关，故有：互不相干，它们的存在和测量均与运动无关，故有： V船岸 船岸=V船水船水+V水岸。水岸。但相对论认为，速度与位移及时间间 但相对论认为，速度与位移及时间间 隔的测量相联系，因而上式不成立。隔的测量相联系，因而上式不成立。 4、牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减半，引力增、牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减半，引力增 到原来的四倍，即符合到原来的四倍，即符合“平方反比平方反比”规律。爱因斯坦引力规律。爱因斯坦引力 理论表明：物体间的距离减小时，它们间的引力比理论表明：物体间的距离减小时，它们间的引力比“平方平方 反比反比”规律增加得更快，距离越小，这种差别就越大规律增加得更快，距离越小，这种差别就越大 1 1、2020世纪以来，人们发现了一些新的现象，而经典世纪以来，人们发现了一些新的现象，而经典 力学却无法解释力学却无法解释. .经典力学只适用于解决物体的低速运动问经典力学只适用于解决物体的低速运动问