经典力学与相对论

Albert Einstein 世纪伟人
去发现的精神! ”
相对论好像是：“光彩夺目的火箭， 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 知领域。”
—wenku.baidu.com德布罗意
一、经典力学规律只能用于：
宏观物体、低速运动、弱引力。
【例题】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
三、经典力学与狭义相对论
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。
相对时间 狭义相对论认为时间不是绝对的即不是
固定不变的。爱因斯坦指出，随着物体（观察者 所见到的）线性运动速度的加快，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，静 止的钟表总比另一个稍微快一点。---钟慢效应
经典力学在非惯性系不再适用
经典力学在微观领域不再适用 对于强引力，经典的引力理论也是不适用的
19世纪的最后一天
汤姆生： ——革命风暴
物理学晴朗的天空飘来“两朵乌 云”
19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。 会上，英国著名物理学家汤姆生（即开尔文男爵） 发表了新年祝词。 他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦 已经落成，所剩只是一些修饰工作。 同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思 地讲道： “在物理学晴朗的天空远处，还有两朵令人不安的 乌云，它们的存在使得物理学的优美性和明晰性黯 然失色……”。 （尽管开尔文对物理学成就的评价言之过激， 但他能够在此万晴空中发现"两朵乌云"并为之忧心忡 忡，足见他富有远见。 物理学发展的历史表明，正是这两朵小小的乌云， 终于酿成了一场大风暴。）
二、相对论的基本原理
1、相对性原理
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2
（1）相对时间 （2）相对长度
（3）相对质量 2、光速不变原理
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一对双胞胎，哥哥在地球上，弟弟乘坐飞
船到距离地球4光年的阿尔法星球。一到目 的地就立刻返回地球。如果他乘坐的飞船 以0.6倍的光速飞行，若干时间后回到地球， 弟弟依然年轻，哥哥却已经老太龙钟了。
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.
2、牛顿的局限
当一些问题牛顿解释不了时，他就只好用上帝 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。
经典物理对物理学思想和科学方法作出总结，
它只适用于宏观、低速、弱引力的物体 经典力学在高速运动领域不再适用
一、经典力学的成就
17世纪牛顿力学构 成了体系。可以说，这 是物理学第一次伟大的 综合。牛顿建立了两个 定律:一个是运动定律, 一个是万有引力定律， 并发展了变量数学微积 分，具有解决实际问题 的能力。他开拓了天体 力学，海王星和冥王星 的发现就充分显示了这 一点 .
二、经典力学的局限性
1、牛顿力学的绝对时空观

第一朵是“紫外灾难”问题的乌云，开尔文
认为它还可望“在 20 世纪开头获得解决”， 这朵“紫外灾难”乌云联系着迈克尔逊－莫雷 实验，并且最终诞生了量子物理学；但对于第 二朵“以太漂移”否定结果的乌云，与麦克 斯韦－玻尔兹曼能量均分学说有关，开尔文认 为目前看不到任何可解决的途径，他说“恐怕 我们仍然必须把这一朵乌云看作是非常稠密 的”，最终，它属于爱因斯坦的相对论范围。 正是这两朵小小的“乌云”，在20世纪酿起 了一场空前的暴风雨，诞生了相对论和量子物 理学。使物理学家发现了“新大陆”——“量 子论”和“相对论”，将人类对物质世界的认 识向前推进了一大步。
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相对质量
物体运动时的质量与静止质量的关系
---质速效应
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Einstein 对相对论的解释:
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,当你坐在火炉旁一 分钟,就好象坐了一小时,这就是相对论。
“照亮我的道路,并不断给我新 的勇气去愉快地正视生活理想的 是善、是美、是真”。 “ 科学的头脑就是去怀疑, 去证实,
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相对长度 爱尔兰物理学家乔治·佛兹杰拉德
（1851──1901）提出，物质会在运动的方向 上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察 者的观点，一枚以接近光速运行的火箭所表现 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。 ---尺缩效应
据美国海军部记载，在第二次世界大战期 间的太平洋战役中，美国的“印第安纳堡利 斯 ”号军舰被日本潜艇击沉。当时美国海军 部收到舰上有25名官兵乘救生艇逃离了军舰的 求救信号。但美国海军部多次派出营救舰队和 飞机去寻找，均一无所获，最后只好宣告他们 已葬身海底。 然而，1991年7月的一天，一队菲律宾渔船 在菲律宾群岛以南的西比斯海域上，竟然发现 了这只救生艇。
阅读思考：
1、什么是经典力学？ 2、经典力学取得了哪些辉煌的成就？ 3、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为 什么吗？ 4、经典力学的适用范围是什么？ 5、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿 的经典力学？应该怎样认识？

经典力学是力学的一个分支。经典力学是以牛顿 运动定律为基础，在宏观世界和低速状态下，研 究物体运动的基要学术。在物理学里，经典力学 是最早被接受为力学的一个基本纲领。经典力学 又分为静力学（描述静止物体）、 运动学（描述 物体运动）和动力学（描述物体受力作用下的运 动）。在十六世纪，伽利略· 伽利莱就已采用科学 实验和数学分析的方法研究力学。他为后来的科 学家提供了许多豁然开朗的启示。艾萨克· 牛顿则 是最早使用数学语言描述力学定律的科学家。 一般把20世纪以前的力学统称为经典力学
高考试题
惯性系S中有一边长为l的正方形（如图A所 示），从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞 行的飞行器上测得该正方形的图象是 ．
y y y y l l l l O l x O l x O l x O l x
A
B
C
D
如图甲所示，强强乘电梯速度为0.9（为光
速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮 的飞行速度为0.5，强强向壮壮发出一束光 进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速 度为 。（填写选项前的字母） （A）0.4c (B)0.5c (C)0.9c (D)1.0c
小艇上的25名船员虽然如惊弓之鸟、一片惶恐不 安的样子，但他们仍然不失年轻力壮的风貌。这一 发现，便得美国当局感到万分惊愕。 当然，更使他们感到大惑不解的是，“印第安 纳堡利斯”号军舰是1945年7月30日被击沉的，时 隔46年后，他们的模样竟和被击沉时一模一样，连 胡子和头发都没有一点变化。这25名获救的人员一 致认为他们在海上仅仅漂流了1天时间。 46年如一日，怎么说?天文学家森梅西坚斯博士 认为，他们有可能闯入了一个“时空隧道”，几十 年后复出人间，却全然不知道已经过了那么久时间。
课堂练习 1、20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出 了 狭义相对论，改变了经典力学的一些结论. 在经典力学中，物体的质量是 恒定的，而 相对论指出质量随着速度变化而 变化 。 2、经典力学只适用于解决 低速 问题，不 能用来处理 高速 问题，经典力学只适用 于 宏观 物体，一般不适用于 微观物体 。