什么是经典力学？

上次节目我们我给大家讲了《宇宙的起源》，文章发表后还是有许多的读者表示了喜欢，希望继续阅读这个系列的节目，同时也有读者指出节目的用词比较含混，比如提到“大爆炸”理论时用到了“浓缩”、“凝结”、“沉积”、“聚合”这些词语来描述物质的形成，宇宙的变化，这样有些像是在描述化学变化。

当然，我并不否认这一点，在节目中我也指出了：“需要注意的是，以上伽利超对宇宙诞生的论述用词可能没有那么精确，但是全然是为了让讲解内容显得更加生动形象，从而更加容易被大家理解。”大家如果有留意的话是可以发现的。

以上是对最近听友的一些评论做的反馈。我对上期节目的设定稍微做了一些解释，但是不能否认的是，第一期的节目“干货”较少，其中的一些科学原理的陈述都含有相当一部分的主观性表达。

所以本期的节目尽量加一些“经典力学”的干货知识，主要是以中学的《力学》知识为依托，并稍加拓展，希望可以让各位读者认识经典力学，领略到经典力学逻辑的严谨和精妙。

首先需要指出大家最容易误解的两点：

需要纠正的第一点就是经典力学并不等于力学，它只是力学的一个分支。而经典力学向下又可以分为固体力学、流体力学和一般力学，又或者叫做理论力学、材料力学和结构力学。在这里我们只讲述中学物理中涉及到的一般理论，如果现有的理论观点有所争议，我们就以中学教材的观点为准。

需要纠正的第二点是并不是牛顿一人创建了经典力学，虽然牛顿是经典力学的集大成者。在建立经典力学的过程中，最早可以追溯到哲学家亚里士多德，虽然很遗憾现在中学课本中凡是提到亚里士多德的观点，都是错的。再者就是天文学家如哥白尼、布鲁诺、开普勒，开创实验物理的伽利略等，他们都为了物理学做了很多艰巨的工作，由此经典力学才逐渐摆脱传统观念的束缚，有了很大的进展。直到牛顿在这些前辈的科学理论基础上进行了总结，进一步研究和升华，提出了“牛顿三大定律”，“万有引力定律”，这才奠定了经典力学的基础。

在这里稍微梳理一些经典力学的发展历程：

古希腊的哲学家，包括亚里士多德在内，可能是最早提出“万有之本，必涵其因”论点，以及用抽象的哲理尝试敲解大自然奥秘的思想家。当然，对于现代读者而言，许多仍旧存留下来的思想是蛮有道理的，但并没有无懈可击的数学理论与对照实验来阐明和证实。而这些方法乃现代科学，如经典力学，能形成的最基本因素。

开普勒是第一位要求用因果关系来诠释星体运动的科学家。他从第谷对火星的天文观测资料里发现了火星公转的轨道是椭圆形的。这与中世纪思维的切割大约发生在公元1600年。差不多于同时，伽利略用抽象的数学定律来解释质点运动。传说他曾经做过一个著名的实验：从比萨斜塔扔下两个不同质量的球来试验它们是否同时落地。虽然这传说很可能不实，但他确实做过斜面上滚球的数量实验；他的加速运动论显然是由这些结果推导出的，而且成为了经典力学上的基石。

牛顿和大多数那个年代的同仁，除了惠更斯著名的例外，都认为经典力学应可以诠释所有大自然显示的现象，包括用其分支，几何光学，来解释光波。甚至于当他发现了牛顿环，一个光波干涉现象，牛顿仍然使用自己的光微粒学说来解释。

十九世纪后期，尖端的理论与实验挖掘出许多扑朔迷离的难题。经典力学与热力学的连结导至出经典统计力学的吉布斯佯谬，及熵混合不连续特性。在原子物理的领域，原子辐射呈现线状光谱，而不是连续光谱。众位大师尽心竭力研究这些难题，引导发展出现代的量子力学。同样的，因为经典电磁学和经典力学在坐标变换时的互相矛盾，终就创发出惊世的相对论。

自二十世纪末后，不再能虎山独行的经典力学，已与经典电磁学被牢牢的嵌入相对论和量子力学里面，成为在非相对论性和非量子力学性的极限，研究质点的学问。

为了呈现经典力学的原始样貌，这里我们不谈相对论，把研究的范围限定在宏观世界和低速状态。

并且，我们有两个基本假定：

第一个假定：假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关；物质间相互作用的传递是瞬时到达的。

第二个假定：一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。

由此可知，经典力学实际上只适用于与光速相比低速运动的情况，只适用于宏观物体。在高速运动情况下，时间和长度不能再认为与观测者的运动无关。在微观系统中，所有物理量在原则上不可能同时被精确测定。因此经典力学的定律一般只是宏观物体低速运动时的近似定律。

现在，我们再从中学物理的学习范围上面来梳理梳理一下经典力学：

一 力

包括：力、重力、弹力、摩擦力、受力分析、力的合成与分解、共点力的平衡。

二 直线运动

包括：机械运动、质点、位移和路程、速度和速率、加速度、匀速直线运动、匀变速直线运动、重要结论、自由落体运动、运动图像。

三 牛顿运动定律

包括：牛顿第一定律、惯性、牛顿第二定律、牛顿第三定律、牛顿运动定律的适用范围、.超重和失重、连接问题。

四 曲线运动和万有引力

包括：曲线运动、运动的合成与分解、平抛运动、圆周运动、万有引力定律。

五 动量

包括：动量和冲量、动量定理、动量守恒定律、爆炸与碰撞。

六 机械能

包括：功、功率、动能、动能定理、重力势能、弹性势能、机械能守恒定律、功能关系、能量和动量的综合运用。

当然，这里概括还不够全面。比如力的分类和应用：高中部分有与电磁学的交叉中还有安培力、洛伦兹力、机械波等，还有初中部分学过的浮力，杠杆、滑轮等。受限于篇幅，我们在这里只对经典力学的主干、基础部分知识进行梳理。

根据2021年高考考试大纲要求，目前高考物理科要考查的能力主要包括以下几个方面：

1. 理解能力

理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件以及它们在简单情况下的应用；能够清楚地认识概念和规律的表达形式，包括文字表述和数学表达；能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法；理解相关知识的区别和联系。

2. 推理能力

能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或做出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来。

3. 分析综合能力

能够独立地对所遇到的问题进行具体分析、研究，弄清其中的物理状态、物理过程和物理情境，找出起重要作用的因素及有关条件；能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系；能够提出解决问题的方法，运用物理知识综合解决所遇到的问题。

4. 应用数学处理物理问题的能力

能够根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论；能运用几何图形、函数图像进行表达和分析。

5. 实验能力

能独立地完成考纲要求所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，能对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制订解决方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。

这五个方面的能力要求不是孤立的，在着重对某一种能力进行考查的同时，也不同程度地考查了与之相关的能力。并且，在应用某种能力处理或解决具体问题的过程中往往伴随着发现问题、提出问题的过程，因而高考对考生发现问题、提出问题并加以论证解决等探究能力的考查渗透在以上各种能力的考查中。

再说下考试范围与要求：

要考查的物理知识包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、原子核物理学等部分。考虑到课程标准中物理知识的安排和高校录取新生的基本要求，考试大纲把考试内容分为必考内容和选考内容两类，必考内容有5个模块，选考内容有2个模块。除必考内容外，考生还必须从2个选考模块中选择1个模块作为自己的考试内容。必考和选考的内容范围及要求也有相应的规定。考虑到大学理工类招生的基本要求，各省、自治区、直辖市不得削减每个模块内的具体考试内容。对各部分知识内容要求掌握的程度具体的也有明确。

Ⅰ 对所列知识要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用。与课程标准中的“了解”和“认识”相当。

Ⅱ 对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进行叙述和解释,并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用。与课程标准中的“理解”和“应用”相当。

以上内容是国家教育部对参加高考的考生知识和能力的一些要求。

当然，在达到这些要求的过程中，无数的考生付出了时间和辛劳。其中，有的对物理学有显著的天赋，可以迅速的学习到物理知识的内涵并可以熟练的运用，当然大部分的考生会陷入到物理学的逻辑困局之中，渐渐丧失对物理学习的兴趣。

就我个人而言，从开始接触物理学就迸发出了无限的热情，我痴迷于物理逻辑的严谨和精妙，对宇宙的起源和演变，自然的规律都怀有强烈的好奇和求知欲。直至现在，我成为了一名物理教师，向学生讲述物理知识的时候，仍是这样。

所以，在下期节目中，我将着重为大家讲述如何学习物理学知识：包括概念和规律，技巧和方法，以及如何运用。