6经典力学的局限性.pptx

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1、6.6 经典力学的局限性 17世纪牛顿力学构世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个综合。牛顿建立了两个定律定律:一个是运动定律一个是运动定律,一个是万有引力定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题分，具有解决实际问题的能力。他开拓了天体的能力。他开拓了天体力学，海王星和冥王星力学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这的发现就充分显示了这一点一点.惯性系非惯性系1、经典力学受参考系限制在惯性系中，牛顿定律成立在惯性系中，牛顿定律成立;在非惯性系中，牛顿定律不成立在非惯性系中，牛

2、顿定律不成立.一、经典力学的局限性2、经典力学受速度限制牛顿力学的绝对时空观牛顿力学的绝对时空观:伽利略和牛顿的绝伽利略和牛顿的绝对时空观认为对时空观认为,同一物体运动的时间和长度同一物体运动的时间和长度(位位移移)在不同的参考系中在不同的参考系中,测量结果是相同的测量结果是相同的.牛顿的局限牛顿的局限1)绝对时空观绝对时空观认为时间与空间无关，时空与运动无关，认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对的物理量。是绝对的物理量。2)当一些问题牛顿解释不了时，它就只好当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛

3、顿的悲剧。的心血，这正是牛顿的悲剧。经典力学经典力学规律只能用于规律只能用于：宏观低速惯性系中宏观低速惯性系中宏观物体、低速运动、惯性系。宏观物体、低速运动、惯性系。1905年，爱因斯坦年，爱因斯坦（18791955）发表了狭）发表了狭义相对论义相对论:在宇宙中唯一不变的在宇宙中唯一不变的是光在真空中的速度是光在真空中的速度，其，其它任何事物它任何事物速度、长度、速度、长度、质量和经过的时间，都随质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观观察者的参考系（特定观察）而变化。察）而变化。二二、狭狭义义相相对对论论的的基基本本原原理理1、相对性原理、相对性原理 这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误

4、的。不论用什么方法都找不到绝对参照系不论用什么方法都找不到绝对参照系,即根本不存在绝对参照系即根本不存在绝对参照系,一切惯性系都是一切惯性系都是平权的。平权的。同时的相对性1.同时的相对性2.一切彼此作匀速直线运动的惯性系一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于对于描述物理规律都是等价的。或在所有惯性系中描述物理规律都是等价的。或在所有惯性系中,物理规律都具有相同的形式。物理规律都具有相同的形式。爱因斯坦火车爱因斯坦火车:ABK系系中点中点ABK系系中点中点先到先到B点点再到再到A点点同时到达同时到达A、B火车上的观测者说火车上的观测者说:光源在光源在ABAB的中点的中点,应同时到达应同时到达A

5、A、B B两点两点.地面上的人看见先到达地面上的人看见先到达B B点，后到点，后到A A点。点。K系系DCK系系DC（1）相对时间 狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）运动速度的加快，时间会变慢。使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。时钟变慢（1 1）相对时间）相对时间（2）相对长度）相对长度 爱尔兰物理学家佛兹杰拉德爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(18511901)提出，提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味物质会在运动的方

6、向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。以光速运动时，其长度将会缩短为零。长度收缩1.swf长度收缩2.swf（2）相对长度）相对长度（3）相对质量）相对质量物体运动时的质量与静止质量的关系2、光速不变原理、光速不变原理对任何惯性系对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播的在真空中沿任意方向传播的 光光

7、速都相同速都相同,且与光源的运动状态无关。且与光源的运动状态无关。即谁测真空中的光速都是即谁测真空中的光速都是c c ,与惯性系的选择及光源无关。与惯性系的选择及光源无关。例：宇宙飞船以例：宇宙飞船以20万万 km/s的速度飞行的速度飞行,人在飞船上向前发一束人在飞船上向前发一束 光光,光在飞船中以光速光在飞船中以光速 c 传播传播,地球上的人测得光速多大？地球上的人测得光速多大？万万Km/s按运动合成得按运动合成得:实际测得实际测得:万万Km/s1)1)爱因斯坦理论是牛顿理论的发展爱因斯坦理论是牛顿理论的发展注意注意一切物一切物理规律理规律力学规律力学规律2)2)光速不变原理适用的条件光速不

8、变原理适用的条件:A A）惯性系；）惯性系；B B）真空中）真空中(介质中的光速介质中的光速C C=C/n)C/n)“照亮我的道路照亮我的道路,并不断给我新的勇气去愉快地并不断给我新的勇气去愉快地正视生活理想的是善、是美、是真正视生活理想的是善、是美、是真”。“人只有献身社会人只有献身社会,才能才能找出那实际上是短暂而又有找出那实际上是短暂而又有风险的生命的意义风险的生命的意义”!他剖析自己的科学感受时说：他剖析自己的科学感受时说：“科学的头脑就是去怀疑科学的头脑就是去怀疑,去证实去证实,去发现的精神去发现的精神!”相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的光辉，

9、照亮了广阔的未知领域。”德布罗意 三、微观世界的量子力学 在微观世界中，重要常数普朗克常量：h=6.6310-34Js不可忽略。牛顿的经典力学已经不能解释一些现象了一、经典力学规律只能用于：一、经典力学规律只能用于：宏观物体、低速运动、惯性系。宏观物体、低速运动、惯性系。二、二、相对论的基本原理相对论的基本原理1、相对性原理、相对性原理（1 1）相对时间）相对时间（2）相对长度）相对长度（3）相对质量）相对质量2、光速不变原理、光速不变原理【例题例题】牛顿定律能适用于下列哪些情况？牛顿定律能适用于下列哪些情况？A、研究原子中电子的运动、研究原子中电子的运动 B、研究、研究“神州神州”五号的高速

10、发射五号的高速发射 C、研究地球绕太阳的运动、研究地球绕太阳的运动 D、研究飞机从深圳飞往北京的航线、研究飞机从深圳飞往北京的航线BCD经典力学经典力学只适用于处理只适用于处理宏观宏观物体的物体的低速运动低速运动。经典力学的局限性经典力学的局限性经典力学的局限性经典力学的局限性作业作业:作业本作业本P27-P28 P97-P98二、二、相对论的基本原理相对论的基本原理1、相对性原理、相对性原理（1 1）相对时间）相对时间（2）相对长度）相对长度（3）相对质量）相对质量2、光速不变原理、光速不变原理 “照亮我的道路照亮我的道路,并不断给我新并不断给我新的勇气去愉快地正视生活理想的的勇气去愉快地正

11、视生活理想的是善、是美、是真是善、是美、是真”。他剖析自己的科学感受时说：他剖析自己的科学感受时说：Einstein 对相对论的解释对相对论的解释:当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时,你感觉只坐了一分钟你感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一当你坐在火炉旁一分钟分钟,就好象坐了一小时就好象坐了一小时,这就是相对论。这就是相对论。“科学的头脑就是去怀疑科学的头脑就是去怀疑,去证实去证实,去发现的精神去发现的精神!”Albert Einstein世纪伟人世纪伟人惯性参考系：惯性参考系：惯性参考系：惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。凡是牛顿定

12、律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。瞬间一别路漫漫，但觉未过光速关。钟尺合须静里用，云山偏向动中看。时空相对非虚语，质能并增岂等闲。权将电波传信息，只缘相见难上难。跨箭相期星际游，一别瞬息见三秋。动境钟尺多疑难，因果规律乃存留。质能守恒惊人数，时空相对尽眼收。权将光波通信息，归来尚须苦作舟。爱因斯坦给后人的信爱因斯坦给后人的信 一天，爱因斯坦正在撰写光电效应一天，爱因斯坦正在撰写光电效应定律的

13、论文，美国总统罗斯福打来电定律的论文，美国总统罗斯福打来电话，让他给话，让他给5000年后的人们写一封信。年后的人们写一封信。爱因斯坦笑了，说：爱因斯坦笑了，说：“总统，您真会总统，您真会开玩笑，要我写些什么呢？开玩笑，要我写些什么呢？”罗斯福非常郑重地说：罗斯福非常郑重地说：“把我们这把我们这个时代人们的思想和科学的发展，告个时代人们的思想和科学的发展，告诉诉5000年后的人们，让他们对我们有年后的人们，让他们对我们有所了解。所了解。”“这样的信，即使写了也这样的信，即使写了也没法寄啊！没法寄啊！”爱因斯坦说，爱因斯坦说，“没有这没有这样的邮差。样的邮差。”“这个，我考虑过。这个，我考虑过。

14、”罗斯福成竹在罗斯福成竹在胸，胸，“有的。我们给他们做一个安全有的。我们给他们做一个安全固定的信箱，固定的信箱，5000年后，他们到那里年后，他们到那里去取就是了去取就是了”爱因斯坦饶有兴趣地爱因斯坦饶有兴趣地点点头说：点点头说：“还是总统有办法。还是总统有办法。”罗斯福罗斯福1933年任美国第年任美国第32届总统，届总统，业绩辉煌。他所以叫爱因斯坦给业绩辉煌。他所以叫爱因斯坦给5000年后的人们写信，要的是名人效应。年后的人们写信，要的是名人效应。爱因斯坦是伟大的科学家，在物理学爱因斯坦是伟大的科学家，在物理学的许多方面做出了卓越的贡献，特别的许多方面做出了卓越的贡献，特别是相对论，揭示了空

15、间是相对论，揭示了空间时间的辩证时间的辩证关系，无论在科学上还是在哲学上，关系，无论在科学上还是在哲学上，都具有重要的历史意义。都具有重要的历史意义。1938年年8月月10日，爱因斯坦写了日，爱因斯坦写了致后人书致后人书 “我们的时代富于创造思想。我们的发我们的时代富于创造思想。我们的发现本应该可以大大地使我们的生活轻松愉现本应该可以大大地使我们的生活轻松愉快。我们利用电能横渡大洋。我们使用电快。我们利用电能横渡大洋。我们使用电能来减轻人类的繁重的体力劳动。我们学能来减轻人类的繁重的体力劳动。我们学会了飞行。我们利用电波很容易地把消息会了飞行。我们利用电波很容易地把消息发到全球各地去。发到全球

16、各地去。”“但是，虽然有着这一切，我们的商品但是，虽然有着这一切，我们的商品的生产和分配是完全无组织的，人们必须的生产和分配是完全无组织的，人们必须生活在忧虑中，担心被人从经济生活中抛生活在忧虑中，担心被人从经济生活中抛出，失去一切。除此之外，生活在不同国出，失去一切。除此之外，生活在不同国家中的人们每隔一个长短不等的时间就要家中的人们每隔一个长短不等的时间就要进行互相杀戮，因此，每一个想到未来的进行互相杀戮，因此，每一个想到未来的人必然都生活在经常的忧虑中。人必然都生活在经常的忧虑中。”“我相信，我们的后人将怀着一种理所我相信，我们的后人将怀着一种理所当然的优越感读上面这几行文字吧。当然的优

17、越感读上面这几行文字吧。”爱因斯坦的这封给后人的信是用特制爱因斯坦的这封给后人的信是用特制的墨水和纸写成的。与其它的文件一起装的墨水和纸写成的。与其它的文件一起装进一个特制的钢体里，埋入纽约当时准备进一个特制的钢体里，埋入纽约当时准备动工兴建的国际博览会建筑地基下面动工兴建的国际博览会建筑地基下面15米米的花岗岩洞内，地面立有一碑柱，要人们的花岗岩洞内，地面立有一碑柱，要人们在在5000年后，即公元年后，即公元6938年取出钢体内的年取出钢体内的东西。东西。爱因斯坦的爱因斯坦的致后人书致后人书，许多报刊，许多报刊上登过，上登过，5000年后的人们如果只想读到这年后的人们如果只想读到这封信，根本用不着去碰国际博览会地基下封信，根本用不着去碰国际博览会地基下的那颗的那颗“定时炸弹定时炸弹”。