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經典力學的局限性
經典力學的基礎是牛頓運動定律，萬有引力定律更是樹立了人們對牛頓物理學的尊敬。
著名物理學家楊振寧曾贊頌到：“如果一定要舉出某個人、某一天作為近代科學誕生的標志，我選牛頓《自然哲學的數學原理》在1687年出版的那一天。”
像一切科學一樣，它沒有也不會窮盡一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科學理論一樣，是一部“未完成的交響曲”．那么經典力學在什么范圍內適用呢?有怎樣的局限性呢?
一、從低速到高速
例如：在一個無限大的光滑水平面上，有一質量為m的物體，在一個水平恒力F的作用下，從靜止開始運動。根據牛頓第二定律可知物體將以加速度a=F/m做勻加速直線運動。
由運動學公式可知：物體的速度v=at
推理：隨著時間的推移，物體的速度不斷增大，最終可使物體獲得任意速度。但事實并非如此。常識告訴我們，物體運動速度是有極限的，現在已知的最大速度是光速，且現在也無法使物體運動超越這個速度，這是經典力學無法解答的。這是什么原因造成的呢？是否經典力學的錯誤？
愛因斯坦在狹義相對論中闡述了物體以接近光速運動所遵循的規律，得出了一些不同與經典力學的觀念和結論。
1、在經典力學中，物體的質量是不隨運動狀態改變的，而狹義相對論認為：物體的質量要隨物體運動速度的增大而增大，即
例如：(1)v＝0．8c時，物體的質量約增大到靜止質量的1．7倍，這時經典力學就不再適用了．
(2)如地球以v＝30km／s的速度繞太陽公轉時，它的質量增大十分微小，可以忽略不計，經典力學完全適用。
質速關系 :
m0為靜止質量，m是物體速度為v時的質量，c是真空中的光速
2、運動的物體和靜止的物體相比不僅質量變了，而且沿運動方向的長度和時間都要變化，都具有相對性。
下面的事例可以幫助我們理解相對論
1971年8月的一天，一名前蘇聯飛行員例行飛行時，無意中“闖入”古埃及，他看到一座座金字塔剛剛奠起塔基……
1982年一位北約飛行員在一次飛行訓練中，視野里竟然出現了數百只恐龍，飛機竟然來到史前非洲大陸。
例1.有三個完全相同的時鐘，時鐘A放在地面上，時鐘B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC． 對于地面上的觀察者來說，則以下說法中正確的是
A．時鐘A走得最慢 B．時鐘B走得最慢
C．時鐘C走得最慢 D．時鐘C走得最快
( C )
例2.如果有一支靜止時長30 m的火箭，以光速的二分之一的速度從觀察者的身邊掠過，以下說法中正確的是
A．地面上的觀察者測得的火箭長為30 m
B．地面上的觀察者測得的火箭長小于30 m
C．地面上的觀察者測得的火箭長大于30 m
D．火箭上的觀察者測得的火箭長為30 m
( BD )
有關物體的質量與速度的關系的說法, 正確的是
A．物體的質量與物體的運動速度無關
B．物體的質量隨物體的運動速度增大而增大
C．物體的質量隨物體的運動速度增大而減少
D．當物體的運動速度接近光速時，質量趨于零
( B )
時間和空間是什么？
時間和空間是什么？
二、宏觀到微觀
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，發現它們不僅具有粒子性，面且具有波動性，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，并在現代科學技術中發揮了重要作用．
經典力學一般不適用于微觀粒子．
普朗克創立量子力學
相對論和量子力學的出現，是否表示經典力學失去了意義?
相對論和量子力學的出現，說明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，而不表示經典力學失去了意義．它只是使人們認識到經典力學有它的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動，只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。
討論與交流:
按牛頓的萬有引力定律推算，行星的運動應該是一些橢圓或圓，行星沿著這些橢圓或圓做周期性運動，與實際觀測結果不符．經典力學也能作出一些解釋，但是，水星旋進的實際觀測值比經典力學的預言值多．經典力學的解釋不能令人滿意．
愛因斯坦根據廣義相對論計算出水星近日點的旋進還應有每百年43//的附加值，同時還預言了光線在經過大質量的星體附近時，如經過太陽附近時會發生偏轉現象．并且都被觀測證實．
1、實際的天文觀測，行星的運行軌道并不是嚴格閉合的，它們的近日點在不斷地旋進．經典力學的解釋令人滿意嗎?用什么理論來圓滿地進行了解釋?
三、從弱引力到強引力
萬有引力屬于弱引力．利用萬有引力定律可以解釋天體的運動，并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．
2、但是宇宙中有一些天體，例如白矮星，他們的質量接近太陽，半徑卻與地球差不多，因此密度高達108～1010kg/m3;中子星的密度更是達1016～ 1019kg/m3。這些天體表面的引力比我們常見的引力強的多，即天體表面的引力可能與半徑的3次方或多次方成反比，此時牛頓的引力理論已經不適用了。
假定一個球形天體的質量不變，并通過壓縮減小它的半徑，天體表面上的引力將會增加，半徑減少到原來的二分之一，引力增加到原來的4倍。這就是平常說的“反平方”規律。愛因斯坦引力理論表明，這個力實際上增加的更快些。天體半徑越小，這種差別越大。當引力趨于無窮大時，被壓縮天體半徑接近的值——“引力半徑”．
在太陽或行星的引力場中，由愛因斯坦和牛頓的理論計算出的力的差異并不很大．但當天體的實際半徑接近引力半徑時，這種差異將急劇增大．這就是說，在強引力的情況下，牛頓的萬有引力理論將不再適用．
3、何為天體的引力半徑?
對于這樣的科學發展過程，英國劇作家蕭伯納曾詼諧地說：
“科學總是從正確走向錯誤．”

這種調侃倒也不失為一種幽默的表述．
4、歷史上的科學成就與新的科學成就的關系是什么?
歷史上的科學成就不會被新的科學成就所否定，而是作為某些條件下的局部情形，被包括在新的科學成就之中．如：當物體的速度遠小于光速c(3X108m／s)時，相對論與經典理論的結論沒有區別；當另一個重要常數即“普朗克常數”h(6．63X10-34J·s)可以忽略不計時．量子力學和經典力學的結論沒有區別．相對論和量子力學都沒有否定過去的科學，而只認為過去的科學是自己在一定條件下的特殊情形．

相對論和量子力學是哪一種更廣泛的理論的特殊情形呢？我們現在還不知道……”
以牛頓運動定律為基礎的經典力學的適用范圍是什么?
總結:
經典力學只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題，經典力學只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子：經典力學只適用于解決弱引力問題，不能用來處理強引力問題．

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