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第一节　牛顿力学的成就与局限性
［学习目标］　1.了解惯性参考系和非惯性参考系，知道什么是绝对时空观。2.了解牛顿力学的成就与局限性。
一、绝对时空观　牛顿力学的成就
如图所示，在匀速直线前进的车厢顶部，有一个白色小球和一个黑色小球同时开始自由落下。甲同学相对于车厢保持静止，而乙同学相对于地面保持静止，则：
(1)白球相对于甲同学做的是什么运动？
(2)白球相对于乙同学做的是什么运动？
(3)白球相对于黑球做的是什么运动？
在上述三种参考系中，白球的运动都能够应用牛顿运动定律来描述吗？
1.绝对时空观
(1)惯性参考系：在牛顿力学体系中，如果　　　　　　　　在某个参考系中成立，这个参考系就被称为惯性参考系。
(2)非惯性参考系：牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系。
(3)伽利略相对性原理：在所有的惯性参考系中，力学规律具有　　　　　　　　。
(4)绝对时空观：时间和空间　　　　　　、　　　　　　，且不受物质或运动的影响。
2.牛顿力学的成就
(1)牛顿力学把宇宙中的天体和地面上的物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界多样性的统一，实现了人类对自然界认识的　　　　　　理论大综合。
(2)告诉人们以现象观察和　　　　　　　为基础是自然科学理论的基本特征。
(3)建立了以实验和数学相结合的研究方法。
(4)推动了其他学科的发展，与其他基础科学相结合产生了一些交叉性的分支学科。
(1)牛顿运动定律适用于任何参考系。(　　)
(2)绝对时空观认为时间间隔是绝对的。(　　)
(3)牛顿力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了。(　　)
例1　下列说法正确的是 (　　)
A.牛顿运动定律就是牛顿力学
B.牛顿力学的基础是牛顿运动定律
C.牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题
D.牛顿力学推动舰船、车辆、机械、土木、能源各行各业的进步，但对航空航天业无能为力
例2　(多选)下列说法正确的是 (　　)
A.牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系
B.在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性
C.按照绝对时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关
D.伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动
二、牛顿力学的局限性和适用范围
对于运动速度为104 m/s数量级的人造卫星，用牛顿力学研究它们的运动规律，所得结果与实际情况基本一致。当质子被加速到2.9×108 m/s时，牛顿力学的计算结果与实验结果的偏差可达到15倍。牛顿力学对高速运动的粒子还适用吗？它有怎样的局限性？
1.牛顿力学的局限性：
(1)牛顿力学的应用受到物体运动　　　　　　　　的限制。当物体运动的速率接近于真空中的光速时，牛顿力学不再适用。
(2)牛顿运动定律不适用于　　　　领域物质结构和能量不连续的现象。
(3)牛顿运动定律和万有引力定律对于受到　　　　　　作用的物体的运动也不适用。
2.牛顿力学的适用范围：适用于　　　　(远小于光速)、　　　　(人类可感知尺度)、　　　　　　　　场(如地球附近)和计量精度要求不高(如全球定位系统需要用相对论进行修正)的情况。
(1)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，牛顿力学不适用。(　　)
(2)对于质子、电子的运动情况，牛顿力学同样适用。(　　)
(3)牛顿力学只适用于低速、宏观、弱引力场的情况，说明牛顿力学失去了存在的价值。(　　)
例3　牛顿力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，牛顿力学规律不适用(　　)
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)下列物理现象，用牛顿力学无法解释的是(　　)
A.高速运动的μ子寿命变长
B.人造卫星绕地球做匀速圆周运动
C.汽车转弯时发生的侧滑现象
D.随瀑布自由下落的物体不受浮力作用
答案精析
一、
(1)自由落体运动　(2)平抛运动　(3)静止。前两种参考系能够用牛顿运动定律进行描述，最后一种参考系不能用牛顿运动定律描述。
梳理总结
1.(1)牛顿运动定律　(3)相同的形式　(4)彼此独立
互不关联
2.(1)第一次　(2)实验研究
易错辨析
(1)×　(2)√　(3)×　
例1　B　[牛顿运动定律并不等于牛顿力学，牛顿力学通常指以牛顿运动定律为核心的矢量力学，牛顿力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有问题，A、C错误，B正确；导弹、卫星、飞船、飞机的运动都遵循牛顿运动规律，D错误。]
例2　BCD
二、
不适用，牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，不适用于高速微观的粒子。
梳理总结
1.(1)速度大小　(2)微观　(3)强引力
2.低速　宏观　弱引力
易错辨析
(1)×　(2)×　(3)×　
例3　D
例4　A　[高速运动的μ子寿命变长涉及到高速微观领域，牛顿力学对于高速微观领域不适用，无法解释；人造卫星绕地球做匀速圆周运动、汽车转弯时发生的侧滑现象、随瀑布自由下落的物体不受浮力作用均属于低速宏观领域，用牛顿力学可以解释，故选A。](共17张PPT)
DIWUZHANG
第五章
第一节　牛顿力学的成就
与局限性
1.了解惯性参考系和非惯性参考系，知道什么是绝对时空观。
2.了解牛顿力学的成就与局限性。
学习目标
一、绝对时空观　牛顿力学的成就
二、牛顿力学的局限性和适用范围
内容索引
绝对时空观　牛顿力学的成就
一
如图所示，在匀速直线前进的车厢顶部，有一个白色小球和一个黑色小球同时开始自由落下。甲同学相对于车厢保持静止，而乙同学相对于地面保持静止，则：
(1)白球相对于甲同学做的是什么运动？
(2)白球相对于乙同学做的是什么运动？
(3)白球相对于黑球做的是什么运动？
在上述三种参考系中，白球的运动都能够应用牛顿运动定律来描述吗？
答案　(1)自由落体运动
(2)平抛运动
(3)静止。前两种参考系能够用牛顿运动定律进行描述，最后一种参考系不能用牛顿运动定律描述。
1.绝对时空观
(1)惯性参考系：在牛顿力学体系中，如果 在某个参考系中成立，这个参考系就被称为惯性参考系。
(2)非惯性参考系：牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系。
(3)伽利略相对性原理：在所有的惯性参考系中，力学规律具有________
______。
(4)绝对时空观：时间和空间 、 ，且不受物质或运动的影响。
梳理与总结
牛顿运动定律
相同的
形式
彼此独立
互不关联
2.牛顿力学的成就
(1)牛顿力学把宇宙中的天体和地面上的物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界多样性的统一，实现了人类对自然界认识的 理论大综合。
(2)告诉人们以现象观察和 为基础是自然科学理论的基本特征。
(3)建立了以实验和数学相结合的研究方法。
(4)推动了其他学科的发展，与其他基础科学相结合产生了一些交叉性的分支学科。
第一次
实验研究
(1)牛顿运动定律适用于任何参考系。(　　)
(2)绝对时空观认为时间间隔是绝对的。(　　)
(3)牛顿力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了。(　　)
√
×
×
　下列说法正确的是
A.牛顿运动定律就是牛顿力学
B.牛顿力学的基础是牛顿运动定律
C.牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题
D.牛顿力学推动舰船、车辆、机械、土木、能源各行各业的进步，但对
航空航天业无能为力
例1
√
牛顿运动定律并不等于牛顿力学，牛顿力学通常指以牛顿运动定律为核心的矢量力学，牛顿力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有问题，A、C错误，B正确；
导弹、卫星、飞船、飞机的运动都遵循牛顿运动规律，D错误。
　(多选)下列说法正确的是
A.牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系
B.在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性
C.按照绝对时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动
无关
D.伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对
运动
例2
√
√
√
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牛顿力学的局限性和适用范围
二
对于运动速度为104 m/s数量级的人造卫星，用牛顿力学研究它们的运动规律，所得结果与实际情况基本一致。当质子被加速到2.9×108 m/s时，牛顿力学的计算结果与实验结果的偏差可达到15倍。牛顿力学对高速运动的粒子还适用吗？它有怎样的局限性？
答案　不适用，牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，不适用于高速微观的粒子。
1.牛顿力学的局限性：
(1)牛顿力学的应用受到物体运动 的限制。当物体运动的速率接近于真空中的光速时，牛顿力学不再适用。
(2)牛顿运动定律不适用于 领域物质结构和能量不连续的现象。
(3)牛顿运动定律和万有引力定律对于受到 作用的物体的运动也不适用。
2.牛顿力学的适用范围：适用于 (远小于光速)、 (人类可感知尺度)、 场(如地球附近)和计量精度要求不高(如全球定位系统需要用相对论进行修正)的情况。
梳理与总结
速度大小
微观
强引力
低速
宏观
弱引力
(1)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，牛顿力学不适用。(　　)
(2)对于质子、电子的运动情况，牛顿力学同样适用。(　　)
(3)牛顿力学只适用于低速、宏观、弱引力场的情况，说明牛顿力学失去了存在的价值。(　　)
×
×
×
　牛顿力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，牛顿力学规律不适用
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)下列物理现象，用牛顿力学无法解释的是
A.高速运动的μ子寿命变长
B.人造卫星绕地球做匀速圆周运动
C.汽车转弯时发生的侧滑现象
D.随瀑布自由下落的物体不受浮力作用
例4
√
高速运动的μ子寿命变长涉及到高速微观领域，牛顿力学对于高速微观领域不适用，无法解释；人造卫星绕地球做匀速圆周运动、汽车转弯时发生的侧滑现象、随瀑布自由下落的物体不受浮力作用均属于低速宏观领域，用牛顿力学可以解释，故选A。
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