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6.1经典力学的巨大成就和局限性第6章经典力学与现代物理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。问题引入如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。——牛顿思考：读了牛顿的上述名言，你有什么想法？1、牛顿的成就如何？2、为什么说是站在巨人们的肩上？牛顿在伽利略、开普勒等人工作的基础上，把地面上物体的运动与行星的运动综合起来进行深入研究，发现了机械运动的基本规律——牛顿三大运动定律和万有引力定律。他的不朽名著《自然哲学的数学原理》，为经典力学奠定了基础。因此，牛顿说是站在巨人们的肩上。经典力学，通常叫做牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律。一、经典力学的发展历程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定律1609，1619伽利略阐明了运动的相对性原理1632伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理1638帕斯卡发现帕斯卡原理1653马德堡半球实验、验证大气压力1663发现胡克定律——弹簧弹力和形变的关系1678牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐明了运动定律和万有引力定律1687观察上表中经典力学发展中的重大事件，按时间顺序由远及近排列，这说明了什么？1、重大发现与前人的工作密不可分；2、重大发现与社会环境和需要密切相关。请分析比较下列科学家对经典力学的贡献主要的科学研究方法观察、思维、推理力学方面的主要成就两个反面的结论：①力是维持物体运动的原因。②重的物体比轻的物体下落得快。亚里士多德古希腊，约公元前384～公元前322年伽利略意大利，1564～1642年主要的科学研究方法力学方面的主要成就观察实验、假设、数学推理三者相结合自由落体运动规律、力学相对性原理笛卡儿法国，1596～1650年主要的科学研究方法力学方面的主要成就实验观察、数学推理惯性定律惠更斯荷兰，1629～1695年主要的科学研究方法力学方面的主要成就实验观察、数学推理制成了世界上第一架计时摆钟。测量出重力加速度的值。牛顿英国，1642～1727年主要的科学研究方法力学方面的主要成就归纳与演绎、综合与分析、实验观察等三大运动定律、万有引力定律。同学们：从上述科学家在力学方面的主要贡献，你是否发现有些东西就包括在牛顿的理论当中，或者和牛顿的理论非常相似呢？这也是为什么牛顿说自己是站在巨人的肩上的缘故。经典力学发展的三个阶段第一阶段：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米德。第二阶段：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打下重要基础。第三阶段：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象进行了拓展和完善。我们认识物理这门学科，已经有三年了，同学们，你有没有意识到自己是幸运的？我们从一开始就被直接带入了这座宏伟壮丽的物理学大厦。而这座大厦是由一大批杰出的物理学家前赴后继、呕心沥血构建而成的。今天，我们在了解物理学发展过程当中，也结识几个早就和我们所学的知识一同陪伴在我们身边的物理学界的伟大人物。二、一座永垂不朽的纪念碑牛顿的《自然哲学的数学原理》出版于1687年，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。■原理产生的背景国内外战争需要：牛顿出生的时代,英国海内外征战频繁。在国外，三次对荷战争、西班牙王位继承权战争、英法战争，以及争夺海上霸权的备战。在国内，苏格兰人民起义、长期国会与王权之战、第一、二次国内战争、镇压平等派、三年讨伐爱尔兰和“光荣革命”等等。战争武器对科学和技术必然提出强烈的要求。工业发展的需要：在牛顿青少年时代，英国工业增长速度和总量在欧洲首屈一指，到1640年代，煤产量比1600年增长近8倍，几乎等于欧洲所有国家产量的总和，铁产量在17世纪增加5倍，商船从1600至1688年成倍增长。经济的增长，促使工商富贾出资兴办科研组织，借以培养科技人才。可以说，牛顿的理论能够在国际争论中战胜居统治地位的笛卡儿学派和后来的莱布尼茨学派，并在欧洲居主导地位，与这种环境是分不开的。技术和经济发展对牛顿科学发现的宏观影响：社会性的技术进步和经济发展，会通过种种渠道对科学家个人产生重要的影响。例如，牛顿的月球理论、宇宙系统论和潮汐理论不仅来自纯天文学研究，而且与航海方位的确定、观测技术和潮汐规律的研究有关。他的引力理论如果没有法国J·皮卡精确测量与1纬度对应的地面长度技术并精确计算出地球半径，他的引力平方反比定律只能是个设想。■《原理》的概貌《原理》“定义和注释”、“运动的基本定理或定律”（包括三个运动定律）定律的应用万有引力定律和行星运动流体力学的开创性研究论宇宙系统呈现了牛顿那高瞻远瞩的宇宙观■对《原理》的评价1、拉普拉斯的评价2、爱因斯坦的评价3、牛顿自己的评价三、经典力学的巨大成就1、牛顿三大运动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。2、以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就。3、力学和热力学的发展及其与生产相结合，引发了第一次工业革命。4、由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。5、许多理论，包括相对论和量子力学的形成都受到经典力学的影响。经典力学应用一瞥四、经典力学方法论的意义经典力学方法的典型就是伽利略和牛顿的研究方法伽利略开创了将实验、逻辑（数学）相结合的方法——“自然数学化”的方法。牛顿的方法可称为“归纳—演绎法”，演绎的结果必须诉诸实验验证。伽利略和牛顿的科学方法影响深远，成为后来物理学家的一种朴实的自发倾向，并不断得到发展和完善，逐渐成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义很大。五、经典力学的局限性1、经典力学只适用于处理物体的低速运动（vc）。2、经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象。3、经典力学规律只在惯性参考系中成立——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系。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BCD【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。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？【答案】不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。【提示】牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。1、经典力学的发展历程（建立原因、三个阶段、思想方法）2、经典力学的伟大成就（理论体系、研究方法、分支发展）3、经典力学的局限性和适用范围（宏观、低速）不是什么人都可以交往的，慎交朋友。笑看人生潮起潮落，守住自己的心。