《經典力學的巨大成就和侷限性》高一物理知識點

1.從低速到高速

經典力學是從日常生活中的機械運動中總結出來的規律，日常生活中的物體運動速度都為低速運動，其速度遠遠小於光速，如行駛的汽車、發射的導彈、人造衞星及宇宙飛船等，因此經典力學完全適用。有些微觀粒子在一定的條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。高速運動的物體，經典力學就不再適用了，20世紀初，著名物理學家愛因斯坦建立了狹義相對論，狹義相對論闡述了物體在以接近光速運動時所遵從的規律。

(1)物體的質量與運動速度有關

在經典力學中，物體的質量是不隨運動狀態改變的。按照20世紀初著名物理學家愛因斯坦建立的狹義相對論，質量要隨物體運動速度的增大而增大。物體的質量與運動速度的關係是式中m0是物體靜止時的質量，m是物體速度為v時的質量，c是真空中的光速。

可見，當v<(2)經典力學中速度疊加原理不再成立。

設河流中的水相對於河岸的速度為，船相對於水的速度為，則在經典力學中，船相對於岸的`速度為 (矢量和)，這似乎是天經地義的。但是，這個關係式涉及兩個不同的慣性參考系，而速度總是與位移(空間長度)及時間間隔的測量相聯繫。本節教材在“科學漫步”欄目《時間和空間是什麼?》一文中提到了牛頓和愛因斯坦的兩種不同的時空觀。

牛頓認為：空間是獨立於物體及其運動而存在的，時間也是獨立於物體及其運動而存在的，這是一種經典時空觀。在牛頓看來，位移和時間的測量與參考系無關，正是在這種時空的觀念下，上式才成立。

愛因斯坦則認為：在研究物體的高速運動(速度接近真空中的光速)時，物體的長度即物體佔有的空間，以及物理過程、化學過程，甚至還有生命過程的持續時間，都與它們的運動狀態有關，空間與時間與物體及其運動有密切的關係，不能獨立存在。這是一種嶄新的時空觀，並且還在進一步研究。相對論認為，同一過程的位移和時間的測量在不同的參考系中是不同的，因而上式不能成立，經典力學也就不再適用了.

2.從宏觀到微觀

經典力學是從日常生活中的機械運動中總結出來的規律，因此所觀察到的物體都是宏觀的。19世紀末到20世紀初，人們相繼發現了電子、質子、中子等微觀粒子，超出宏觀的日常生活經驗的領域，發現它們不僅具有粒子性，而且具有波動性，它們的運動規律不能用經典力學描述。20世紀20年代，建立了量子力學，它能夠正確地描述微觀粒子運動的規律性，並在現代科技中發揮了重要作用.相對論和量子力學的出現，使人們認識到經典力學的適用範圍：只適用於低速運動，不適用於高速運動;只適用於宏觀世界，不適用於微觀世界。

3.從弱引力到強引力

萬有引力定律的發現解釋天體運動的規律，並預言和發現了海王星和冥王星，首次把天上的星體運動規律與地面物體的運動規律統一起來.把經典力學推上了當時科學的巔峯。