6.6经典力学局限性.ppt

* 第一次,是一位年轻的物理学家几乎仅靠单枪匹马之力引发的。他就是伟大的理论物理学家，阿尔伯特·爱因斯坦。19世纪末科学家们发现,当研究有关光的问题时,用经典物理的理论解释一些相关现象,就会产生尖锐的矛盾.为了解决这一矛盾,爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论. * 第二次革命的导火索是物理学史上的三大发现 : 伦琴发现X射线、 汤姆生发现电子 、 贝克勒耳发现天然放射线 ,使物理学的研究从宏观领域进入了微观世界.人们发现,微观粒子所表现出的现象用经典物理理论根本无法解释. * 为了克服这一困难,德国物理学家普朗克大胆提出了量子的观点,爱因斯坦等物理学家又将量子论进一步丰富、发展，形成了现代量子力学理论. 6.6 经典力学局限性 经典力学体系： 经典物理学体系： 经典力学，热学、声学、光学、电磁学等。 1、伽利略发现： 惯性定律、 自由落体规律、 力学相对性原理。 2、第一次比较完整表述了惯性定律。 3、解决了完全弹性碰撞问题。 4、发现了行星运动规律。 5、牛顿创立了完整的经典力学； 一、经典力学的发展过程及伟大成就 自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展和完善，在科学研究和生产技术中有了广泛的应用。 如：在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就； 如：从地面物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种输送机械；从自行车到汽车、火车、飞机等各种交通工其：从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船……从而证明了牛顿运动定律的正确性； 但是，经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”．那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这方面的知识． 阿尔伯特·爱因斯坦 直到爱因斯坦创立狭义相对论，才发现经典物理存在局限性. 二、从低速到高速： 这就需要有人创立新的理论。 1、牛顿的经典时空观（绝对时空观）认为： （1）同时的绝对性 （2）时间间隔的绝对性 （3）空间距离的绝对性 例：超新星爆发的持续时间： 而实际是：2年！？ 牛顿认为是：25年。 { 时间t、长度L和质量m这三者都与参考系选取及物体运动速度v无关。 牛顿 2、爱因斯坦相对论时空观认为: 时间t、长度L和质量m这三者都与参考系选取及物体运动速度v有关。 （a）不同惯性参考系，物理规律相同 （1）、两条基本假设： （b）任何惯性系，光速不变 （a）同时是相对的 （c）运动尺变短 （d）运动的物体质量会变大 （2）、狭义相对论结论：在物体速度大小接近光速时，会出现 （b）运动钟变慢 质量要随物体运动速度的增大而增大。 尺子要随物体运动速度的增大而变短。 式中m0、l0、t0是物体静止时的量，m、l、t是物体速度为v时的量，c是真空中的光速 。 光速 同时 时间与空间 质量 经典时空观 狭义相对论时空观 相对的 绝对的（不变） 绝对的 与运动无关，绝对的 与运动无关，不变的 相对的 与运动有关，相对的 随速度增加而增大 经典时空观与相对论时空观对比： 例如：(1)v＝0．8c时，物体的质量约增大到静止质量的1．7倍，这时经典力学就不再适用了． (2)如地球以v＝30km／s的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略不计，经典力学完全适用。 可见，当v＜＜c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。 结论1：经典力学的适用范围： （1）只适用于宏观、低速运动物体，不适用于微观高速（接近光速）运动的物体； （2）只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。 伦琴发现X射线 汤姆生发现电子 贝克勒耳发现 天然放射线 三、从宏观到微观 宏观领域 微观世界 直到普朗克创立量子力学 量子力学之父普朗克 理解：经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体； 相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。 因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。 结论2： （1）对于高速运动（速度接近真空中的光速）：需要用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 （2）对于微观世界：需要用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。 四、从弱引力到强引力 1、按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动轨道应该是一