万有引力与航天经典力学的局限性精品PPT课件

（一）、经典时空观（绝对时空观）：
（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
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动无关。
{ 超新星爆发的持续时间：
牛顿：25年。 实际：2年！？
爱因斯坦 相对质量
相对时间
相对空间
狭义相对 论
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（二）、相对论时空观:
1、两条基本假设：
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
宏观领域
微观世界
普朗克 创立 量子力学
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。
六. 强引力作用下出现的问题：
量要随物体运动速度的增大而增大。物体 的质量与运动
速度的关系是 m
m0
1
v2 c2
，
式中m0是物体静止时的质量，m是物 体速度为v时的质量，c是真空中的光速 。
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。
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一.牛顿主要贡献:
牛顿
牛顿三大定律
万有引力定律
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牛顿所说： “如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。”
经
牛顿
典
力
笛卡尔、胡
学
克、哈雷等
金
字
开普勒
塔
的
建
伽利略、第谷
立
哥白尼、亚里士多德
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经典力学
第一次比较完整 表述了惯性定律
解决了完全弹性 碰撞问题
发现了行星运 动规律
天体力学 生物力学 地质力学 磁流体力学 热弹性力学 等离子体动力学 化学流体动力学
时间与空间 与运动无关，绝对的 与运动有关，相对的
质量 与运动无关，不变的 随速度增加而增大
练习
五. 经典力学难以解释微观粒子的运动：
科学家们发现，电子、质子、中子等微观 粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它 们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。 20世纪20 年代量子力学的出现，才很好地揭 示了微观世界的基本规律。
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。 对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天
体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦 引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很 大。
八. 牛顿的科学方法：
本节教材在“科学足迹”栏目《牛顿的科学生
四. 两种不同的时空观：
本节教材在“科学漫步”栏目《时间和空间是什 么？》一文中提到了牛顿和爱因斯坦的两种不同的时 空观。
牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的， 时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经 典时空观。
爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接 近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间， 以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时 间，都与它们的运动状态有关，空间与时间不再与物体 及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。
如：由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机 械能守恒律等是航空航天技术理论的基础。火箭、 人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器 等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范 例…………
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二. 物体的质量与运动速度有关: 在经典力学中，物体的质量是不随运
动状态改变的。但是，按照20世纪初著名 物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论，质
七. 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。
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。
三. 经典力学中速度叠加原理不再成立：
设河流中的水相对于河岸的速度为 v水岸 ,
船相对于水的速度为 v船水 ,
则在经典力学中，船相对于岸的速度为
v船岸 v船水 v水岸 （矢量和）
这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两 个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间长度） 及时间间隔的测量相联系。相对论认为，同一过程的 位移和时间的测量在不同参考系中是不同的，因而上 式不能成立。
（1）不同惯性参考系，物理规律相同 （2）任何惯性系，光速不变
2、狭义相对论结论：
（1）同时是相对的 （2）动钟变慢 （3）动尺变短 （4）运动的物体质量变大
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。
经典时空观与相对论时空观：
光速 同时
经典时空观 相对的 绝对的
狭义相对论时空观 绝对的（不变） 相对的
涯》一文中总结了牛顿的科学方法，这些科学方法 值得我们借鉴：
重视实验：重视实验，从归纳入手，这 是牛顿科学方法论的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ础。
逻辑推论：为了归纳成功，不仅需要大 量的可靠资料与广博的知识，而且要有清 晰的逻辑头脑。
数学归纳：事物之间的本质联系只有通 过数学才能归纳为能够测量、应用和检验 的公式和定律。
学习总结
经典力学 力 动量 能量
弹性力学 流体力学 刚体力学 塑性力学
经典力学的基础是牛顿运动定律， 万有引力定律更确立了牛顿的地位，牛 顿运动定律和万有引力定律在宏观、低 速、弱引力的广阔领域，经受实践检验。
如：18世纪60年代，力学与热力学的发展及其 与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广， 引发了第一次工业革命。
牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一
些问题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在 不断旋进（参见教材图7.6-1），其实际观察值要比 经典力学的预言值多。1915年，爱因斯坦创立的广 义相对论对此则能作出很好的解释，同时还预言光 线经过大质量星体附近时会发生偏转，且已被观测 证实。 另外，根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎 为0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理 论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个 “引力半径”的时候，这个引力半径的值由天体的 质量决定。当天体的实际半径接近引力半径时，由 爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异急剧增 大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。