牛顿三大定律
经 牛顿
典
力
笛卡尔、胡
学
克、哈雷等
金
字
开普勒
塔
的
建
伽利略、第谷
立
万有引力定律
哥白尼、亚里士多德
科学家对经典力学的贡献
国别 生活 年代
主要 的科 学研 究方 法
亚里士多德 古希腊,约公元前 384～公元前322 年
观察、思维、推 理
伽利略
意大 利,1564～ 1642年
笛卡儿
法 国,1596 ～1650 年
(一)经典时空观(绝对时空观)
(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
时间、长度和质量这三者都与参 考系的运动无关。
(二)相对论时空观
1、两条基本假设
(1)不同惯性参考系,物理规律相同
(2)任何惯性系,光速不变
2、狭义相对论结论 时间、长度和
(1)同时是相对的 (2)动钟变慢 (3)动尺变短 (4)运动的物体质量变大
观察实验、 假设、数 学推理三 者相结合
实验观 察、数 学推理
惠更斯 荷 兰,1629～ 1695年
实验、数学 推理
牛顿
英 国,1642～ 1727年
归纳与演绎、 综合与分析、 实验观察等
力学 方面 的主 要成 就
两个反面的结论: ①自由落 ①力是维持物体 体运动规 运动的原因。 律。
②重的物体比轻 ②力学相 的物体下落得快。 对性原理
如此广阔的领域里与实际相符，显示了牛顿运动
定律的正确性与经典力学的魅力。
•
但是，一切科学一样，经典力学没有也不会
穷尽一切真理，它也有自己的局限性。它像一切
科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。
二、自主学习
自学课本48-49页。
1.了解经典力学的发展历程和伟大成就。
基本 2.认识经典力学的局限性和适用范围。 要求 3.体会科学理论总是在不断发展的。
对于强引力情况,需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际 半径远大于它们的引力半径时,爱因斯坦引力理论和牛顿引力理 论计算出的力的差异并不很大。
总之
经典力学只适用于低速、宏观、弱 引力的情况。
当物体的速度远小于光速c时,相对论 物理学和经典物理学的结论没有区别。
当另一个重要的常数即"普朗克常量" 可以忽略不计时,量子力学和经典力学的 结论没有区别。
经典力学(牛顿运动定律)在低速运动的 物体(低速世界)中成立(适用)。
设河流中的水相对于河岸的速度为v水岸, 船相对于水的速度为v船水,则在经典力学中, 船相对于岸的速度为：
v船岸 v船水 v水岸 (矢量和)
这似乎是天经地义的。但是,这个关系式涉及两个 不同的惯性参考系,而速度总是与位移(空间长度) 及时间间隔的测量相联系。相对论认为,同一过程 的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的,因 而上式不能成立。
m
m0
1
v2 c2
式中m0是物体静止时的质量,m是物体速度 为v时的质量,c是真空中的光速 。
m m0 v2
1 c2
可见,当v<<c时,m≈m0;当v趋近于 c时,m趋近于无穷大。因此,当物体 的速度远小于真空中的光速时,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。
答案： A
七、课堂小结
低速
经
适用 范围
宏观
典
弱引力
力
学
相对性原理
的
两个基
局
本假设
限 性
狭义 相对
光速不变原理 速度的 对质量
论
影响
对时间
对空间
课下作业
• 课堂巩固训练
答案： C
2.经典力学不能适用于下列哪些运动( ) A．火箭的发射 B．宇宙飞船绕地球的运动 C．“勇气号”宇宙探测器的运动 D．微观粒子的波动性
解析： D项是微观粒子的运动，经典力学不 适用于微观物体的运动．
答案： D
3.牛顿定律不适用于下列哪些情况( ) A．研究原子中电子的运动 B．研究“神舟七号”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
普朗克创立 量子力学
强引力作用下出现的问题
牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就,但在一 些问题上也遇到了困难。例如:水星的公转轨道在不
牛顿运动定律只适用于弱 断旋进,其实际观察值要比经典力学的预言值多。
1915年,爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很
引力,在强引力的作用下,牛 好的解释,同时还预言光线经过大质量星体附近时会 发生偏转,且已被观测证实。
Einstein对相对论的解释
当你和一个漂亮 姑娘在一起坐一小 时,你感觉只坐了一 分钟,当你坐在火炉 旁一分钟,就好象坐 了一小时,这就是相 对论。
Albert Einstein
世纪伟人
六、课堂检测
• 1.通过加速装置对电子施加一个很大的恒力，使电 子从静止开始加速，对这一加速过程，下列说法 正确的是( )
经典力学的局限性和适用范围?
经典力学受速度限制的分析
生活中接触到的运动，速度都远小于真 空中的光速。处理这些运动，经典力学完全 适用。狭义相对论阐述了物体在以接近光的 速度运动时所遵循的规律，得出了一些不同 于经典力学的观念和结论。
在经典力学中,物体的质量是不随运动状态改 变的。但是,按照20世纪初著名物理学家爱因斯坦 建立的狭义相对论,质量要随物体运动速度的增大 而增大。物体的质量与运动速度的关系:
宏观领域
微观世界
经典力学难以解释微观粒子的运动: 科学家们发现,电子、质子、中子等微观粒子
不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动在 很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年 代量子力学的出现,才很好地揭示了微观世界的基 本规律。
经典力学(牛顿 运动定律)在宏 观世界中成立 (适用),微观世 界不适用。
6 经典力学的局限性
一、课堂导入
•
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力
更是建立起了人们对牛顿物理学的尊敬。从地面
上物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地
壳的变动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机
械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工
具，从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞
船……所有都服从经典力学的规律。经典力学在
惯性定 律
①制成了世 界上第一架 计时摆钟。 ①三大运动
定律、②万 ②测量出重 有引力定律。 力加速度的 值。
经典力学的基础是牛顿运动定律, 万有引力定律更确立了牛顿的地位,牛 顿运动定律和万有引力定律在宏观、低 速、弱引力的广阔领域,经受实践检验。
由牛顿力学定律导出的动量守恒定 律、机械能守恒律等是航空航天技术理 论的基础。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……
两个位于中心的圆哪个大?其实一样大的!
二、经典力学在分析宏观与微观的困难
第二次革命的导火索是物理学史上的三大发现:伦琴发现 X射线、汤姆生发现电子 、贝克勒耳发现天然放射线,使 物理学的研究从宏观领域进入了微观世界。人们发现,微 观粒子所表现出的现象用经典物理理论根本无法解释。
伦琴发现X射线 汤姆生发现电子 贝克勒耳发现 天然放射线
质量这三者都 与参考系的运
动有关。
爱因斯坦 相对质量
相对时间
狭义相对 论
相对空间
经典时空观与相对论时空观
经典时空观 狭义相对论时空观
光速 相对的
绝对的(不变)
同时 绝对的
相对的
时间与 与运动无关, 与运动有关,
空间 绝对的
相对的
质量
与运动无关, 不变的
随速度增加而增大
不敢相信图中的横线是平行的,不过它就是平行的
互为补充,互不矛盾,互不否定共同支撑起 物理学科的骨架。
高速
狭义相 对论
广义相 对论
宏 观
经典 力学
量子 力学
强引力
低
速
微观世界
2.根据公式知道，v=c时，m应是无穷大，随着质 量的不断增大，产生加速度的力不断增大。使加速 越来越困难。因此一个物体不管怎么加速，它的速 度不会等于甚至超过光速。
七、牛顿的科学方法
动;只适用于宏观世界,不适用于微观世界;只适用于弱引力情况, 不适用于强引力情况。
对于高速运动(速度接近真空中的光速),需要应用爱因斯坦的相 对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时,相对论物理学 与经典物理学的结论没有区别。
对于微观世界,需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不 计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。
四、合作探究
1.爱因斯坦狭义相对论是不是对经典力学的全盘否定？经 典力学的适用范围？
2.根据爱因斯坦狭义相对论,根据爱因斯坦狭义相对论,质量 要随着物体运动速度的增大而增大,即
如果是一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到 等于光速甚至大于光速吗？为什么？
六、经典力学的适用范围 经典力学有它的适用范围:只适用于低速运动,不适用于高速运
顿的引力理论不再成立。 另外,根据牛顿的理论,当天体被压缩成半径几乎
为0的一个点时,引力趋于无穷大;而爱因斯坦的理论 则认为,引力趋于无穷大发生在半径接近一个"引力 半径"的时候,这个引力半径的值由天体的质量决定。 当天体的实际半径接近引力半径时,由爱因斯坦和牛 顿引力理论计算出的力的差异急剧增大,在强引力情 况下牛顿引力理论不再适用。
当一些问题牛顿解释不了时,它就只好用上帝的万能来解 释,为此牛顿花费了后半生的心血,这正是牛顿的悲剧。
对牛顿运动定律受参考系限制的认识
经典力学中的空间和时间 力学的目的在于描述物体在空间中的位