经典力学的成就与局限性
1．理解经典力学的正确性和局限性．(重点＋难点) 2．认识经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用．
3．了解经典力学的适用范围．
一、经典力学的成就
．经典力学的基础是牛顿运动定律和万有引力定律．
2．经典力学能说明行星和卫星的轨道、开普勒行星运动定律、彗星运动、落体运动、海洋的潮汐、汽车的运动、足球的运动以及宏观世界中日常看到的种种运动．
3．经典力学的思想方法影响到了化学和生物学等自然科学领域，也影响到了艺术、政治、哲学等社会科学领域．
二、经典力学的局限性
1．经典力学的绝对时空观
(1)内容：时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关．
(2)局限性：割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．
2．经典力学的运动观
(1)成就：牛顿所总结的运动定律，确立了严格的、用数值表示的机械运动的因果关系．只要能知道初始条件，就可以准确地确定体系以往和未来的运动状态．
(2)局限性：不能解释微观世界的现象．
三、经典力学的适用范围
．适用范围：适用于宏观(>10－10 m)、低速(v?c)、弱引力场(例如地球附近)中的运动物体．
2．超出了以上范围，经典力学失效，要由相对论、量子论等来取代．
牛顿第二定律对于高速运动的物体(运动速度接近光速)适用吗？为什么？
提示：不适用．因为牛顿第二定律属于经典力学范畴，它只适用于宏观、低速的运动物体．
对速度和微观粒子的认识
．速度
(1)低速与高速的概念
通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等．有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速．
(2)速度对物理规律的影响：对低速运动问题，一般用经典力学规律来处理．对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理．
2．微观粒子的运动特点
(1)微观粒子既有粒子性，又有波动性．就单个粒子而言，运动没有确定的运动轨迹．
(2)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，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学来描述．
(3)20世纪20年代，建立了量子力学，用量子力学理论就可以解决微观粒子的运动问题．
理解经典力学的适用范围从以下几个方面：
(1)宏观：经典力学中，物质的粒子性和波动性是对立的，而微观粒子既具有粒子性又具有波动性，只能用量子力学来说明．
(2)低速：经典力学中认为运动物体的质量不变，处于绝对时空中，而对接近光速的高速运动物体，物质的质量和时空都是变化的，因此，对于高速运动物体要用相对论理论解决．
(3)弱引力场：在强引力场中，由相对论和经典力学计算出的物体运动结果差异很大，相对论结果才是正确的．
下列说法中正确的是( )
A．经典力学能够说明微观粒子的规律性
B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的问题
C．相对论与量子力学的出现，表示经典力学已失去意义
D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍能适用
[解析] 经典力学适用于低速宏观问题，不能说明微观粒子的规律性，不适用于宏观物体的高速运动问题．A、D错误，B正确．相对论与量子力学的出现，并不否定经典力学，只是说经典力学有其适用范围，C错误．
[答案] B
eq \a\vs4\al()
人们认识发现自然规律都要经过一个曲折的过程，新的理论的出现并不一定是对已知理论的全盘否定，如经典力学是相对论力学在低速宏观情况下的近似．
【通关练习】
1．下列说法正确的是( )
①爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
②爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在高速运动时所遵循的规律
③牛顿力学的运动定律研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
④牛顿力学的运动定律研究的是物体在高速运动时所遵循的规律
A．①③ B．② ④
C．①④ D．② ③
解析：选D．牛顿力学运动规律为经典力学，它研究的是低速宏观物体运动．狭义相对论适用于高速的微观物体的运动．
2．(多选)以下说法正确的是( )
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子的运动均适用
B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体质量不随运动状态而改变
D．相对论与量子力学否定了经典力学
解析：选BC．经典力学的成立是有条件的：适用于宏观、低速的物理过程，也就是说它的成立具有一定的局限性；经典力学中认为物体的质量不仅恒定不变，并且与物体的速度和能量无关，相对论研究则表明：物体的质量将随着运动速率的增加而增大，但是相对论与量子力学并未否定经典力学理论．综上所述，应选B、C．
对经典力学的认识
牛顿力学及牛顿的工作方法成为近代自然科学的经典，它实现了人类认识自然界的第一次综合．你知道牛顿伟大贡献的精髓在哪里吗？ 如何理解经典力学的局限性？ 试举出一些经典力学在科技方面的应用实例．
[思路点拨] 自从17世纪以来，以牛顿运动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广泛的应用．
[解析] 经典力学的建立首次告诉人们，一个以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论体系，其思想观点应该是明确透彻的，其结构体系应是严密完备的，其数学表达应是严格、定量、可以操作的；这种理论不仅能够在一定范围内揭示事物的本质和规律，做出定量的解释、推断和预言，而且理论本身的是非真伪、成立条件、适用范围等也都可以定量地检验和界定，这是一切自然科学理论应有的基本特征，牛顿伟大贡献的精髓正在于此．
牛顿认为时间和空间是绝对的，他在这样的时间和空间中描述的机械运动在低速情况下是足够精确的．然而，牛顿把时间、空间割裂开来，认为它们与物质运动无关的观点，在微观和高速领域中就不适用了．所以像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它有自己的局限性，它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”，火车、航天飞机等都服从经典力学规律．
[答案] 见解析
eq \a\vs4\al()
人类对客观世界的认识要受到所处时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律．
[随堂检测]
．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．牛顿创建了完整的经典力学体系，故A正确．
2．下列说法正确的是( )
A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变
B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增加而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
D．上述说法都是错误的
解析：选C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大，二者在速度远小于光速时是统一的，故只有C正确．
3．(多选)关于经典力学、相对论和量子力学，下面说法中正确的是( )
A．相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论
B．在物体高速运动时，物体的运动服从相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律
C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动
D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的
解析：选BC．相对论并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情况，A错．经典力学适用于宏观物体的低速运动，对于微观粒子的高速运动问题，经典力学不再适用，但相对论、量子力学适用，故B、C对，D错．
．(多选)关于经典力学的成就，下列说法正确的是( )
A．经典力学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综合，是人类认识史上的一次重大飞跃
B．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性
C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例
D．经典力学是最早形成的物理理论，对后来的理论有重要影响
解析：选ACD．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的一次重大飞跃，时间的相对性是相对论的观点，故A对、B错；航天器的发射与运行是牛顿力学规律的应用范例，故C对；同样D也对．
．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化，其原因是( )
A．运动物体无法称质量
B．物体的速度远小于光速，质量不变
C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度变化而变化
解析：选B．日常生活中的运动物体速度很小，远小于光速，这是经典力学的研究范畴，人们认为质量是不变的，故选项B正确．
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第五章 经典力学的成就与局限性
第五章 经典力学的成就与局限性
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生动
突破疑难·讲练提升
