经典力学的局限性_-PPT课件

在宇宙中唯一不变的是光 在真空中的速度，其它任 何事物─速度、长度、质 量和经过的时间，都随观 察者的参考系（特定观察） 而变化。
在相对论物理学的教科书中，通 常描写着一个使人难以能理解的故事， 一对年轻的孪生兄弟，哥哥乘坐一艘接 近光速运动的宇宙飞船，从地球出发， 在太空遨游一圈之后返回地球，使人瞠 目结舌的事发生了，他的弟弟早已是两 鬓斑白，满脸皱纹的古稀老人，而他自 己却还是一个十七八岁的英俊少年。
对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因 斯坦的狭义相对论。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。
对于微观世界，需要应用量子力学。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。
练习1
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 B、研究“神州”五号的高速发射 C、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
t
t0
1


v c
2
t0为物体静止的时间， t是物体速度为v时的时间， c是真空中的光速
（2）相对长度 ——动长度变短
L L0 •
1


v c

2
L0为物体静止时的长度 L是物体速度为v时的长度 c是真空中的光速
爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(1851─1901)提出，
物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意
爱因斯坦的《致后人书》，许多报刊上登过，5000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的那颗“定时炸弹”。
相对论、量子力学和经典力学的关系.
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
高速
狭义相对论
பைடு நூலகம்
广义相对论
经典力学
宏观低速
量子力学
微观世界
强引力
经典力学的适用范围
经典力学有它的适用范围： 只适用于低速运动，不适用于高速运动； 只适用于宏观世界，不适用于微观世界； 只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。
罗斯福非常郑重地说：“把我们这个时代人们的思想和科学的发展，告诉 5000年后的人们，让他们对我们有所了解。”“这样的信，即使写了也没法 寄啊！”爱因斯坦说，“没有这样的邮差。”
“这个，我考虑过。”罗斯福成竹在胸，“有的。我们给他们做一个安全 固定的信箱，5000年后，他们到那里去取就是了……”爱因斯坦饶有兴趣地点 点头说：“还是总统有办法。”
用下的运动）
经典力学
（牛顿力学）
牛顿主要贡献 牛顿
牛顿三定律 万有引力定律 变量数学微积分
牛顿所说：“如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。”组卷网
经
牛顿
典
力 学 金
笛卡尔、胡 克、哈雷等
字
塔
的
开普勒
建
立
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力 定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。
【答案】BCD
练习2
有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确的是
（ B）
A．物体的质量与物体的运动速度无关 B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大 C．物体的质量随物体的运动速度增大而减少 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
练习3
检测题
有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，
二、宏观到微观
19世纪末到20世纪初，人们相 继发现了电子、质子、中子等微 观粒子，发现它们不仅具有粒子 性，面且具有波动性，它们的运 动规律不能用经典力学描述．
20世纪20年代，建立了量子力学， 它能够正确地描述微观粒子运动 的规律性，并在现代科学技术中 发挥了重要作用．
讨论与交流
相对论和量子力学的出现，是否表 示经典力学失去了意义?
“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。 我们学会了飞行。我们利用电波很容易地把消息发到全球各地去。”
“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 到未来的人必然都生活在经常的忧虑中。”
m
m0
1


v c
2
m0为物体静止似的质量 m是物体速度为v时的长度 c是真空中的光速
趣例：
说船上的物体下落，从船上看是自由落体，从岸边看就是平抛了
当你驾驶飞快的汽车通过一个门洞时，从你的角度来看这段距离 要比实际距离短得多。这种情况在日常生活中经常被忽略不被注 意是因为物体运动速度都很慢，长度收缩现象不明显。
三.从弱引力到强引力
物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用
天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半 径为1 m ),如白矮星中子星，密度特别大，天体间的引力非常大 ，属 于强引力。经典力学不再使用。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它 有极强的吸引力，光也无法逃脱。
爱因斯坦广义相对论
经典力学的局限性
教学目标
知识与技能 1．知道牛顿运动定律的适用范围． 2. 知道相对论、量子力学和经典力学的关系.
过程与方法 通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会 不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的．
情感、态度与价值观 通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结
1、狭义相对论基本原理
（1）相对时间 ——动时钟变慢
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，动的钟表总比另一个稍微慢一点。
“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。” 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 15米的花岗岩洞内，地面立有一碑柱，要人们在5000年后，即公元6938年取出钢 体内的东西。
时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和 vC朝同一方向飞行，vB＜vC． 对于地面上的
观察者来说，则以下说法中正确的是 ( C )
A．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢
C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快
爱因斯坦给后人的信
一天，爱因斯坦正在撰写光电效应定律的论文，美国总统罗斯福打来电话， 让他给5000年后的人们写一封信。爱因斯坦笑了，说：“总统，您真会开玩 笑，要我写些什么呢？”
著名物理学家杨振宁曾 赞颂到：“如果一定要 举出某个人、某一天作 为近代科学诞生的标志， 我选牛顿《自然哲学的 数学原理》在1687年出版 的那一天。”
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?
屋子中有两盏灯，A站在两盏灯中间，B以一定速度踩着滑板向一 盏灯运动正好到达中间。当两灯同时打开时A看到的现象是两灯同 时亮，而B看到的却是面对他的那盏先亮，背对他的那盏后亮。
你现在穿的是25厘米的鞋，但在宇宙飞船上的人测得你穿的鞋的 长度可能就只有20厘米了。
时间和空间是什么？
时间和空间是什么？
味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，任何物体以光速运动时，
其长度将会缩短为零。
（3）相对质量 ——动质量增大
在经典力学中，物体的质量是不变 的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物 体的质量随速度的增大而增大
相对论和量子力学的出现，说明人类对自然 界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失 去了意义．它只是使人们认识到经典力学有它的 适用范围： 只适用于低速运动，不适用于高速运动， 只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
什么是低速，什么是高速？
通常所见的物体的运动皆为低 速运动，如行驶的汽车，发射的导 弹、人造卫星及宇宙飞船等．与光 速相接近的速度称为高速，有些微 观粒子在一定条件下其速度可以与 光速相接近。
论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性， 培养献身于科学的时代精神．
经典物理模块分类：
17世纪前在观察与 哲学的猜测上对天 文、力、热、声、 光有了一定认识。
17世纪初—19世纪末 是经典物理学体系建
立的关键时期
经典力学模块分类：
静力学（描述静止物体） 运动学（描述物体运动） 动力学（描述物体受力作
罗斯福1933年任美国第32届总统，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。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，特别是相对论，揭示了空间—时间的辩证关系， 无论在科学上还是在哲学上，都具有重要的历史意义。
1938年8月10日，爱因斯坦写了 《致后人书》——
一、从低速到高速
例如：在一个无限大的光滑
水平面上，有一质量为m的物体，
在一个水平恒力F的作用下，从
静止开始运动。根据牛顿第二定
m
F
律可知物体将以加速度a=F/m做
匀加速直线运动。
由运动学公式可知：物体的速度v=at
推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使
物体获得任意速度。但事实并非如此，常识告诉我们，物