《经典力学的局限性》(精品).ppt

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1、古人的梦想：古人的梦想：嫦嫦娥娥奔奔月月古人的梦想：古人的梦想：敦敦煌煌飞飞天天的的美美丽丽壁壁画画外国人的外国人的 “飞天飞天”梦梦古人的梦想：古人的梦想：牛顿对人造卫星发射原理的描绘牛顿对人造卫星发射原理的描绘 地球牛顿人造卫星原理图牛顿人造卫星原理图以多大的速度抛出物体，它才会环以多大的速度抛出物体，它才会环绕地球表面运动绕地球表面运动,不会落下来不会落下来?思考：思考：方法：方法：万有引力提供物体做圆周运动的向心力可得万有引力提供物体做圆周运动的向心力可得出出思考：思考：你还有其它方法吗？你还有其它方法吗？=7.9km/s=7.9km/s方法：重力提供物体做圆周运动的向心力可得出方法：

2、重力提供物体做圆周运动的向心力可得出试试用这种方法求得的速度是多大，看看试试用这种方法求得的速度是多大，看看和上一种方法的结果是否一样和上一种方法的结果是否一样?地球同步卫星：地球同步卫星：相对于地面静止且与地球自转相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。讯卫星。同步卫星同步卫星特点：特点：（1）在赤道平面内）在赤道平面内（2）周期一定）周期一定T=24h（3）高度一定）高度一定经典力学的局限性经典力学的局限性提出问题：提出问题：1 1、速度有无极限。、速度有无极限。2 2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。、

3、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。3 3、时间和空间是否是绝对一成不变的。、时间和空间是否是绝对一成不变的。4 4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么还要提出相对论？相对论是否全盘否定了牛顿的经典还要提出相对论？相对论是否全盘否定了牛顿的经典力学理论？力学理论？牛牛顿顿伟伟大大的的科科学学家家，经经典典物物理理学学理理论论体体系系的的建建立立者者正正是是在在欧欧洲洲出出现现政政治治、经经济济和和科科学文化新学文化新变变革的革的时时代代诞诞生的。生的。17 17 世世纪纪牛牛顿顿力力学学构构成成了了体体系系 .可可以以说说，这这是是

4、物物理理学学第第一一次次伟伟大大的的综综合合。牛牛顿顿建建立立了了两两个个定定律律，一一个个是是运运动动定定律律，一一个个是是万万有有引引力力定定律律，并并发发展展了了变变量量数数学学微微积积分分，具具有有解解决决实实际际问问题题的的能能力力。他他开开拓拓了了天天体体力力学学这这一一科科学学，海海王王星星和和冥冥王王星星的的发发现现就就充分显示了这一点充分显示了这一点 。经典力学中的空间和时间经典力学中的空间和时间 力力学学的的目目的的在在于于描描述述物物体体在在空空间间中中的的位位置置如如何随何随“时间时间”而改变而改变 这这里里，“位位置置”和和“空空间间”应应如如何何理理解解是是不不清楚

5、的清楚的一、对牛顿运动定律受参考系限制的认识一、对牛顿运动定律受参考系限制的认识可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。二、经典力学受速度限制的分析二、经典力学受速度限制的分析伽伽利利略略和和牛牛顿顿的的绝绝对对时时空空观观认认为为，同同一一物物体体运运动动的的时时间间和和长长度度（位位移移）在在不不同同的的参参考考系系中，测量结果是相同的。中，测量结果是相同的。牛顿力学的绝对时空观牛顿力学的绝对时空观“萨尔瓦阿弟萨尔瓦阿弟”大大船船1632年年,Galileo在在“萨尔瓦阿萨尔瓦阿蒂蒂”大船上做过的实验：大船上做过的实验：伽利略相对性原理伽利略相对性原理:

6、在彼此作匀速直线运动在彼此作匀速直线运动的惯性系中，一切力学的惯性系中，一切力学现象都具有相同的规律。现象都具有相同的规律。牛顿的局限牛顿的局限1)1)绝对时空观绝对时空观认认为为时时间间与与空空间间无无关关，时时空空与与运运动无关，是绝对的物理量。动无关，是绝对的物理量。2)2)当当一一些些问问题题牛牛顿顿解解释释不不了了时时，它它就就只只好好用用上上帝帝的的万万能能来来解解释释，为为此此牛牛顿顿花花费费了了后后半半生生的的心心血血，这这正正是是牛牛顿顿的悲剧。的悲剧。19051905年年，出出生生于于德德国国的的美美籍籍物物理理学学家家阿阿尔尔伯伯特特爱爱因因斯斯坦坦（1879195518

7、791955）发发表表了了狭狭义义相相对对论论。这这个个理理论论指指出出在在宇宇宙宙中中唯唯一一不不变变的的是是光光线线在在真真空空中中的的速速度度，其其它它任任何何事事物物速速度度、长长度度、质质量量和和经经过过的的时时间间，都都随随观观察察者者的的参参考系（特定观察）而变化。考系（特定观察）而变化。三三.狭狭义义相相对对论论的的基基本本原原理理1 1、相对性原理、相对性原理 不论用什么方法都找不到绝对参照不论用什么方法都找不到绝对参照系系,即根本不存在绝对参照系即根本不存在绝对参照系,一切惯性一切惯性系都是平权的。系都是平权的。Einstein现代时空现代时空的创始人的创始人这意味着这意味

8、着绝对时绝对时间、绝对空间间、绝对空间等等都是都是错误错误的。的。同时的相对性同时的相对性1 1同时的相对性同时的相对性2 2同同时时的的相相对对性性1 1同同时时的的相相对对性性2 2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 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DC2 2、相对时间、相对时间 狭狭义义相相对对论论认认为为时时间间不不是是绝绝对对的的（即即固固

9、定定不不变变的的）。爱爱因因斯斯坦坦指指出出，随随着着物物体体（观观察察者者所所见见到到的的）线线性性运运动动速速度度的的加加快快，时时间间会会变变慢慢。使使用用同同步步原原子子钟钟已已证证实实了了这这个个结结论论的的正正确确性性，将将一一个个钟钟表表留留在在地地面面上上，而而携携带带另另一一个个以以很很快快速速度度移移动动（如如在在喷喷气气式式飞飞机机上上），随随后后进进行行比比较较，静静止止的的钟钟表表总总比比另另一一个个稍稍微快一点。微快一点。时钟变慢时钟变慢1 13 3、相对长度、相对长度 爱爱尔尔兰兰物物理理学学家家乔乔治治佛佛兹兹杰杰拉拉德德（1851-1901）提提出出，物物质质

10、会会在在运运动动的的方方向向上上收收缩缩（缩缩小小），这这意意味味着着根根据据一一个个静静止止观观察察者者的的观观点点，一一枚枚以以接接近近光光线线运运行行的的火火箭箭所所表表现现出出的的长长度度会会比比它它静静止止时时更更短短，尽尽管管乘乘坐坐火火箭箭的的人人看看来来并并没没有有什什么么两两样样。爱爱因因斯斯坦坦指指出出，任任何何物物体体以以光光速速运动时，其长度将会缩短为零。运动时，其长度将会缩短为零。3长度收缩长度收缩1 1长度收缩长度收缩2 2长度收缩长度收缩1 1长度收缩长度收缩2 2相对质量相对质量物体运动时的质量与静止质量的关系物体运动时的质量与静止质量的关系2 2、光速不变原理

11、、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光速都在真空中沿任意方向传播的光速都相同相同,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？Km/s按运动合成得按运动合成得:实际测得实际测得: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

12、展讨论讨论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视生活理想的是善、是美、是真是善、是美、是真”。“人只有献身社会人只有献身社会,才能找出那实际才能找出那实际上是短暂而又有风险的生命的意义上是短暂而又有风险的生命的意义”!他剖析自己的科学感受时说：他剖析自己的科学感受时说：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

13、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世纪伟人世纪伟人相对论好象是：相对论好象是：“光彩夺目的火箭，光彩夺目的火箭，它在黑暗的夜空，突然划出一道道十它在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的光辉，照亮了广阔的未知领分强烈的光辉，照亮了广阔的未知领域域。”德布罗意德布罗意 瞬间一别路漫漫，但觉未过光速关。瞬间一别路漫漫，但觉未过光速关。钟尺合须静

14、里用，云山偏向动中看。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。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。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。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。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。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。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 一一天天，爱爱因因斯斯坦坦正正在在撰撰写写光光电电效效应应定定律律的的论论文文，美美国国总总统统罗罗斯斯福福打打来来电电话话

15、，让让他他给给年年后后的的人人们们写写一一封封信信。爱爱因因斯斯坦坦笑笑了了，说说：“总总统统，您您真真会会开开玩玩笑笑，要我写些什么呢？要我写些什么呢？”罗罗斯斯福福非非常常郑郑重重地地说说：“把把我我们们这这个个时时代代人人们们的的思思想想和和科科学学的的发发展展，告告诉诉年年后后的的人人们们，让让他他们们对对我我们们有有所所了了解解。”“这这样样的的信信，即即使使写写了了也也没没法法寄寄啊啊！”爱因斯坦说，爱因斯坦说，“没有这样的邮差。没有这样的邮差。”“这这个个，我我考考虑虑过过。”罗罗斯斯福福成成竹竹在在胸胸，“有有的的。我我们们给给他他们们做做一一个个安安全全固固定定的的信信箱箱，

16、年年后后，他他们们到到那那里里去去取取就就是是了了”爱爱因因斯斯坦坦饶饶有有兴兴趣趣地地点点点点头头说：说：“还是总统有办法。还是总统有办法。”罗罗斯斯福福年年任任美美国国第第届届总总统统，业业绩绩辉辉煌煌。他他所所以以叫叫爱爱因因斯斯坦坦给给年年后后的的人人们们写写信信，要要的的是是名名人人效效应应。爱爱因因斯斯坦坦是是伟伟大大的的科科学学家家，在在物物理理学学的的许许多多方方面面做做出出了了卓卓越越的的贡贡献献，特特别别是是相相对对论论，揭揭示示了了空空间间时时间间的的辩辩证证关关系系，无无论论在在科科学学上上还还是是在在哲哲学学上上，都都具有重要的历史意义。具有重要的历史意义。年月日，爱

17、因斯坦写了年月日，爱因斯坦写了致后人书致后人书 “我我们们的的时时代代富富于于创创造造思思想想。我我们们的的发发现现本本应应该该可可以以大大大大地地使使我我们们的的生生活活轻轻松松愉愉快快。我我们们利利用用电电能能横横渡渡大大洋洋。我我们们使使用用电电能能来来减减轻轻人人类类的的繁繁重重的的体体力力劳劳动动。我我们们学学会会了了飞飞行行。我我们们利利用用电波很容易地把消息发到全球各地去。电波很容易地把消息发到全球各地去。”“但但是是，虽虽然然有有着着这这一一切切，我我们们的的商商品品的的生生产产和和分分配配是是完完全全无无组组织织的的，人人们们必必须须生生活活在在忧忧虑虑中中，担担心心被被人人

18、从从经经济济生生活活中中抛抛出出，失失去去一一切切。除除此此之之外外，生生活活在在不不同同国国家家中中的的人人们们每每隔隔一一个个长长短短不不等等的的时时间间就就要要进进行行互互相相杀杀戮戮，因因此此，每每一一个个想想到到未未来来的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。”“我我相相信信，我我们们的的后后人人将将怀怀着着一一种种理理所所当当然然的的优优越越感感读读上上面面这几行文字吧。这几行文字吧。”爱爱因因斯斯坦坦的的这这封封给给后后人人的的信信是是用用特特制制的的墨墨水水和和纸纸写写成成的的。与与其其它它的的文文件件一一起起装装进进一一个个特特制制的的钢钢体体里里，埋埋入入纽纽约约当当时时准准备备动动工工兴兴建建的的国国际际博博览览会会建建筑筑地地基基下下面面米米的的花花岗岗岩岩洞洞内内，地地面面立立有有一一碑碑柱柱，要要人人们们在在年年后后，即即公公元元年年取取出钢体内的东西。出钢体内的东西。爱爱因因斯斯坦坦的的致致后后人人书书，许许多多报报刊刊上上登登过过，年年后后的的人人们们如如果果只只想想读读到到这这封封信信，根根本本用用不不着着去去碰碰国国际际博博览览会会地地基下的那颗基下的那颗“定时炸弹定时炸弹”。