河北省涞水波峰中学人教版高一物理必修二课件：66经典力学局限性(共25张PPT)
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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．
经典力学一般不适用于微观 粒子．
普朗克创立量子力学
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?
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：
复习： 上一节我们学习了：
1、宇宙速度 第一宇宙速度7.9km/s， 第二宇宙速度11.2km/s， 第三宇宙速度16.7km/s。
第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在 轨道上运行的最大速度.
2 、同步卫星 定点在赤道上空，周期T、高度h、线速度v一
定。T=24h ， h=36000km ， v=3.1km/s
下面的事例可以帮助我们理解相对论
1971年8月的一天，一名前苏联飞行员例行飞行时，无意中 “闯入”古埃及，他看到一座座金字塔刚刚奠起塔基……
1982年一位北约飞行员在一次飞行训练中，视野里竟然出现 了数百只恐龙，飞机竟然来到史前非洲大陆。
1970年一架272客机在飞向迈阿密国际机场的旅途中，也无 故“失踪”了10分钟，10分钟后，客机又在原来的地方出现。失 踪的一刹那，专家们的惟一的解释是时间“静止”不动了
爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43’的 附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太 阳附近时会发生偏转现象．并且都被观测证实．
讨论与交流
对于这样的科学发展过程，英国剧作 家萧伯纳曾诙谐地说：
“科学总是从正确走向错误．” 这种调侃倒也不失为一种幽默的表述．
讨论与交流
1、实际的天文观测，行星的 运行轨道并不是严格闭合的， 它们的近日点在不断地旋 进．经典力学的解释令人满 意吗?用什么理论来圆满地进 行了解释?
按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆， 行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符．经典 力学也能作出一些解释，但是，水星旋进的实际观测值比经典力学 的预言值多．经典力学的解释不能令人满意．
不过，事实却不容争辨：到达机场时，每个乘客 的手表都慢了20分钟。
时间和空间是什么？
时间和空间是什么？
二、经典力学受速度限制
牛顿力学的绝对时空观: 伽利略和牛顿的绝
对时空观认为,同一物体运动的时间和长度(位移) 在不同的参考系中,测量结果是相同的.
牛顿的局限
1)绝对时空观 认为时间与空间无关，时空与运动无关， 是绝对的物理量。 2)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 的心血，这正是牛顿的悲剧。
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。
三、从弱引力到强引力
万有引力属于弱引力．利用万有引力定律可以 解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星， 首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律 统一起来．
但是宇宙中有一些天体，例如白矮星，他们的质量 接近太阳，半径却与地球差不多，因此密度高达108～ 1010kg/m3;中子星的密度更是达1016～ 1019kg/m3。这 些天体表面的引力比我们常见的引力强的多，牛顿的 引力理论已经不适用了。
1905年，爱因斯坦 （1879─1955）发表了狭 义相对论:
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。
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．
6
经典力学的局限性
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。
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
爱因斯坦在狭义相对论中阐 述了物体以接近光速运动所遵循 的规律，得出了一些不同与经典 力学的观念和结论。
1、在经典力学中，物体的 质量是不随运动状态改变的， 而狭义相对论认为：物体的 质量要随物体运动速度的增 m = 大而增大，即
m0
1-
v2 c2
说明
质速关系 m =
m0
1-
v2 c2
m0为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速
1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞 行。突然，客机从控制室的雷达屏幕上消失了。正当 地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来 的空域出现，雷达又追踪到了客机的讯号。
最后，这架客机安全降落在意大利境内的机场。 然而，客机上的机组人员和315名乘客，并不知道他 们曾经"失踪"过。
机长巴达里疑惑不解地说："我们的班机由马尼拉 起飞后，一直都很平稳，没有任何意外发生，但控制 室竟说失去班机的踪影，实在有点不寻常。"
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。
2、运动的物体和静止的物体相比不仅质量变了， 而且沿运动方向的长度和时间都要变化，都具 有相对性。
内适用呢?有怎样的局限性呢?
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。
根据牛顿第二定律可知物体将以加速
m
F
度a=F/m做匀加速直线运动。
源自文库
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，物体运动速度是有 极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超 越这个速度，这是经典力学无法解答的。这是什么原因造成的呢？ 是否经典力学的错误？
经典力学一般不适用于微观 粒子．
普朗克创立量子力学
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?
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：
复习： 上一节我们学习了：
1、宇宙速度 第一宇宙速度7.9km/s， 第二宇宙速度11.2km/s， 第三宇宙速度16.7km/s。
第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在 轨道上运行的最大速度.
2 、同步卫星 定点在赤道上空，周期T、高度h、线速度v一
定。T=24h ， h=36000km ， v=3.1km/s
下面的事例可以帮助我们理解相对论
1971年8月的一天，一名前苏联飞行员例行飞行时，无意中 “闯入”古埃及，他看到一座座金字塔刚刚奠起塔基……
1982年一位北约飞行员在一次飞行训练中，视野里竟然出现 了数百只恐龙，飞机竟然来到史前非洲大陆。
1970年一架272客机在飞向迈阿密国际机场的旅途中，也无 故“失踪”了10分钟，10分钟后，客机又在原来的地方出现。失 踪的一刹那，专家们的惟一的解释是时间“静止”不动了
爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43’的 附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太 阳附近时会发生偏转现象．并且都被观测证实．
讨论与交流
对于这样的科学发展过程，英国剧作 家萧伯纳曾诙谐地说：
“科学总是从正确走向错误．” 这种调侃倒也不失为一种幽默的表述．
讨论与交流
1、实际的天文观测，行星的 运行轨道并不是严格闭合的， 它们的近日点在不断地旋 进．经典力学的解释令人满 意吗?用什么理论来圆满地进 行了解释?
按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆， 行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符．经典 力学也能作出一些解释，但是，水星旋进的实际观测值比经典力学 的预言值多．经典力学的解释不能令人满意．
不过，事实却不容争辨：到达机场时，每个乘客 的手表都慢了20分钟。
时间和空间是什么？
时间和空间是什么？
二、经典力学受速度限制
牛顿力学的绝对时空观: 伽利略和牛顿的绝
对时空观认为,同一物体运动的时间和长度(位移) 在不同的参考系中,测量结果是相同的.
牛顿的局限
1)绝对时空观 认为时间与空间无关，时空与运动无关， 是绝对的物理量。 2)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 的心血，这正是牛顿的悲剧。
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。
三、从弱引力到强引力
万有引力属于弱引力．利用万有引力定律可以 解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星， 首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律 统一起来．
但是宇宙中有一些天体，例如白矮星，他们的质量 接近太阳，半径却与地球差不多，因此密度高达108～ 1010kg/m3;中子星的密度更是达1016～ 1019kg/m3。这 些天体表面的引力比我们常见的引力强的多，牛顿的 引力理论已经不适用了。
1905年，爱因斯坦 （1879─1955）发表了狭 义相对论:
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。
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．
6
经典力学的局限性
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。
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
爱因斯坦在狭义相对论中阐 述了物体以接近光速运动所遵循 的规律，得出了一些不同与经典 力学的观念和结论。
1、在经典力学中，物体的 质量是不随运动状态改变的， 而狭义相对论认为：物体的 质量要随物体运动速度的增 m = 大而增大，即
m0
1-
v2 c2
说明
质速关系 m =
m0
1-
v2 c2
m0为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速
1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞 行。突然，客机从控制室的雷达屏幕上消失了。正当 地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来 的空域出现，雷达又追踪到了客机的讯号。
最后，这架客机安全降落在意大利境内的机场。 然而，客机上的机组人员和315名乘客，并不知道他 们曾经"失踪"过。
机长巴达里疑惑不解地说："我们的班机由马尼拉 起飞后，一直都很平稳，没有任何意外发生，但控制 室竟说失去班机的踪影，实在有点不寻常。"
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。
2、运动的物体和静止的物体相比不仅质量变了， 而且沿运动方向的长度和时间都要变化，都具 有相对性。
内适用呢?有怎样的局限性呢?
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。
根据牛顿第二定律可知物体将以加速
m
F
度a=F/m做匀加速直线运动。
源自文库
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，物体运动速度是有 极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超 越这个速度，这是经典力学无法解答的。这是什么原因造成的呢？ 是否经典力学的错误？