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第一節　牛頓力學的成就與局限性
［學習目標］　1.了解慣性參考系和非慣性參考系，知道什么是絕對時空觀。2.了解牛頓力學的成就與局限性。
一、絕對時空觀　牛頓力學的成就
如圖所示，在勻速直線前進的車廂頂部，有一個白色小球和一個黑色小球同時開始自由落下。甲同學相對于車廂保持靜止，而乙同學相對于地面保持靜止，則：
(1)白球相對于甲同學做的是什么運動？
(2)白球相對于乙同學做的是什么運動？
(3)白球相對于黑球做的是什么運動？
在上述三種參考系中，白球的運動都能夠應用牛頓運動定律來描述嗎？
1.絕對時空觀
(1)慣性參考系：在牛頓力學體系中，如果　　　　　　　　在某個參考系中成立，這個參考系就被稱為慣性參考系。
(2)非慣性參考系：牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性參考系。
(3)伽利略相對性原理：在所有的慣性參考系中，力學規律具有　　　　　　　　。
(4)絕對時空觀：時間和空間　　　　　　、　　　　　　，且不受物質或運動的影響。
2.牛頓力學的成就
(1)牛頓力學把宇宙中的天體和地面上的物體的運動統一起來，從力學上證明了自然界多樣性的統一，實現了人類對自然界認識的　　　　　　理論大綜合。
(2)告訴人們以現象觀察和　　　　　　　為基礎是自然科學理論的基本特征。
(3)建立了以實驗和數學相結合的研究方法。
(4)推動了其他學科的發展，與其他基礎科學相結合產生了一些交叉性的分支學科。
(1)牛頓運動定律適用于任何參考系。(　　)
(2)絕對時空觀認為時間間隔是絕對的。(　　)
(3)牛頓力學只適用于世界上普通的物體，研究天體的運動經典力學就無能為力了。(　　)
例1　下列說法正確的是 (　　)
A.牛頓運動定律就是牛頓力學
B.牛頓力學的基礎是牛頓運動定律
C.牛頓運動定律可以解決自然界中所有的問題
D.牛頓力學推動艦船、車輛、機械、土木、能源各行各業的進步，但對航空航天業無能為力
例2　(多選)下列說法正確的是 (　　)
A.牛頓運動定律只適用于相對靜止的參考系
B.在任何慣性系中，物體的加速度都具有不變性
C.按照絕對時空理論，物體的長度、質量和運動時間都與參考系的運動無關
D.伽利略相對性原理表明，在慣性運動的范圍內不存在絕對空間和絕對運動
二、牛頓力學的局限性和適用范圍
對于運動速度為104 m/s數量級的人造衛星，用牛頓力學研究它們的運動規律，所得結果與實際情況基本一致。當質子被加速到2.9×108 m/s時，牛頓力學的計算結果與實驗結果的偏差可達到15倍。牛頓力學對高速運動的粒子還適用嗎？它有怎樣的局限性？
1.牛頓力學的局限性：
(1)牛頓力學的應用受到物體運動　　　　　　　　的限制。當物體運動的速率接近于真空中的光速時，牛頓力學不再適用。
(2)牛頓運動定律不適用于　　　　領域物質結構和能量不連續的現象。
(3)牛頓運動定律和萬有引力定律對于受到　　　　　　作用的物體的運動也不適用。
2.牛頓力學的適用范圍：適用于　　　　(遠小于光速)、　　　　(人類可感知尺度)、　　　　　　　　場(如地球附近)和計量精度要求不高(如全球定位系統需要用相對論進行修正)的情況。
(1)洲際導彈的速度可達到6 000 m/s，在這種高速運動狀態下，牛頓力學不適用。(　　)
(2)對于質子、電子的運動情況，牛頓力學同樣適用。(　　)
(3)牛頓力學只適用于低速、宏觀、弱引力場的情況，說明牛頓力學失去了存在的價值。(　　)
例3　牛頓力學規律有其局限性。物體以下列哪個速度運動時，牛頓力學規律不適用(　　)
A.2.5×10-5 m/s B.2.5×102 m/s
C.3.5×103 m/s D.2.5×108 m/s
例4　(2023·茂名市高一期末)下列物理現象，用牛頓力學無法解釋的是(　　)
A.高速運動的μ子壽命變長
B.人造衛星繞地球做勻速圓周運動
C.汽車轉彎時發生的側滑現象
D.隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用
答案精析
一、
(1)自由落體運動　(2)平拋運動　(3)靜止。前兩種參考系能夠用牛頓運動定律進行描述，最后一種參考系不能用牛頓運動定律描述。
梳理總結
1.(1)牛頓運動定律　(3)相同的形式　(4)彼此獨立
互不關聯
2.(1)第一次　(2)實驗研究
易錯辨析
(1)×　(2)√　(3)×　
例1　B　[牛頓運動定律并不等于牛頓力學，牛頓力學通常指以牛頓運動定律為核心的矢量力學，牛頓力學并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題，沒有哪個理論可以解決自然界中所有問題，A、C錯誤，B正確；導彈、衛星、飛船、飛機的運動都遵循牛頓運動規律，D錯誤。]
例2　BCD
二、
不適用，牛頓力學適用于宏觀低速運動的物體，不適用于高速微觀的粒子。
梳理總結
1.(1)速度大小　(2)微觀　(3)強引力
2.低速　宏觀　弱引力
易錯辨析
(1)×　(2)×　(3)×　
例3　D
例4　A　[高速運動的μ子壽命變長涉及到高速微觀領域，牛頓力學對于高速微觀領域不適用，無法解釋；人造衛星繞地球做勻速圓周運動、汽車轉彎時發生的側滑現象、隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用均屬于低速宏觀領域，用牛頓力學可以解釋，故選A。](共17張PPT)
DIWUZHANG
第五章
第一節　牛頓力學的成就
與局限性
1.了解慣性參考系和非慣性參考系，知道什么是絕對時空觀。
2.了解牛頓力學的成就與局限性。
學習目標
一、絕對時空觀　牛頓力學的成就
二、牛頓力學的局限性和適用范圍
內容索引
絕對時空觀　牛頓力學的成就
一
如圖所示，在勻速直線前進的車廂頂部，有一個白色小球和一個黑色小球同時開始自由落下。甲同學相對于車廂保持靜止，而乙同學相對于地面保持靜止，則：
(1)白球相對于甲同學做的是什么運動？
(2)白球相對于乙同學做的是什么運動？
(3)白球相對于黑球做的是什么運動？
在上述三種參考系中，白球的運動都能夠應用牛頓運動定律來描述嗎？
答案　(1)自由落體運動
(2)平拋運動
(3)靜止。前兩種參考系能夠用牛頓運動定律進行描述，最后一種參考系不能用牛頓運動定律描述。
1.絕對時空觀
(1)慣性參考系：在牛頓力學體系中，如果 在某個參考系中成立，這個參考系就被稱為慣性參考系。
(2)非慣性參考系：牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性參考系。
(3)伽利略相對性原理：在所有的慣性參考系中，力學規律具有________
______。
(4)絕對時空觀：時間和空間 、 ，且不受物質或運動的影響。
梳理與總結
牛頓運動定律
相同的
形式
彼此獨立
互不關聯
2.牛頓力學的成就
(1)牛頓力學把宇宙中的天體和地面上的物體的運動統一起來，從力學上證明了自然界多樣性的統一，實現了人類對自然界認識的 理論大綜合。
(2)告訴人們以現象觀察和 為基礎是自然科學理論的基本特征。
(3)建立了以實驗和數學相結合的研究方法。
(4)推動了其他學科的發展，與其他基礎科學相結合產生了一些交叉性的分支學科。
第一次
實驗研究
(1)牛頓運動定律適用于任何參考系。(　　)
(2)絕對時空觀認為時間間隔是絕對的。(　　)
(3)牛頓力學只適用于世界上普通的物體，研究天體的運動經典力學就無能為力了。(　　)
√
×
×
　下列說法正確的是
A.牛頓運動定律就是牛頓力學
B.牛頓力學的基礎是牛頓運動定律
C.牛頓運動定律可以解決自然界中所有的問題
D.牛頓力學推動艦船、車輛、機械、土木、能源各行各業的進步，但對
航空航天業無能為力
例1
√
牛頓運動定律并不等于牛頓力學，牛頓力學通常指以牛頓運動定律為核心的矢量力學，牛頓力學并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題，沒有哪個理論可以解決自然界中所有問題，A、C錯誤，B正確；
導彈、衛星、飛船、飛機的運動都遵循牛頓運動規律，D錯誤。
　(多選)下列說法正確的是
A.牛頓運動定律只適用于相對靜止的參考系
B.在任何慣性系中，物體的加速度都具有不變性
C.按照絕對時空理論，物體的長度、質量和運動時間都與參考系的運動
無關
D.伽利略相對性原理表明，在慣性運動的范圍內不存在絕對空間和絕對
運動
例2
√
√
√
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牛頓力學的局限性和適用范圍
二
對于運動速度為104 m/s數量級的人造衛星，用牛頓力學研究它們的運動規律，所得結果與實際情況基本一致。當質子被加速到2.9×108 m/s時，牛頓力學的計算結果與實驗結果的偏差可達到15倍。牛頓力學對高速運動的粒子還適用嗎？它有怎樣的局限性？
答案　不適用，牛頓力學適用于宏觀低速運動的物體，不適用于高速微觀的粒子。
1.牛頓力學的局限性：
(1)牛頓力學的應用受到物體運動 的限制。當物體運動的速率接近于真空中的光速時，牛頓力學不再適用。
(2)牛頓運動定律不適用于 領域物質結構和能量不連續的現象。
(3)牛頓運動定律和萬有引力定律對于受到 作用的物體的運動也不適用。
2.牛頓力學的適用范圍：適用于 (遠小于光速)、 (人類可感知尺度)、 場(如地球附近)和計量精度要求不高(如全球定位系統需要用相對論進行修正)的情況。
梳理與總結
速度大小
微觀
強引力
低速
宏觀
弱引力
(1)洲際導彈的速度可達到6 000 m/s，在這種高速運動狀態下，牛頓力學不適用。(　　)
(2)對于質子、電子的運動情況，牛頓力學同樣適用。(　　)
(3)牛頓力學只適用于低速、宏觀、弱引力場的情況，說明牛頓力學失去了存在的價值。(　　)
×
×
×
　牛頓力學規律有其局限性。物體以下列哪個速度運動時，牛頓力學規律不適用
A.2.5×10-5 m/s B.2.5×102 m/s
C.3.5×103 m/s D.2.5×108 m/s
例3
√
　(2023·茂名市高一期末)下列物理現象，用牛頓力學無法解釋的是
A.高速運動的μ子壽命變長
B.人造衛星繞地球做勻速圓周運動
C.汽車轉彎時發生的側滑現象
D.隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用
例4
√
高速運動的μ子壽命變長涉及到高速微觀領域，牛頓力學對于高速微觀領域不適用，無法解釋；人造衛星繞地球做勻速圓周運動、汽車轉彎時發生的側滑現象、隨瀑布自由下落的物體不受浮力作用均屬于低速宏觀領域，用牛頓力學可以解釋，故選A。
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