经典力学的局限性ppt课件.ppt

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1、6 经典力学的局限性 1 一 课堂导入 经典力学的基础是牛顿运动定律 万有引力 更是建立起了人们对牛顿物理学的尊敬 从地面 上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机 械 从自行车到汽车 火车 飞机等现代交通工 具 从投出篮球到发射导弹 人造卫星 宇宙飞 船 所有都服从经典力学的规律 经典力学在 如此广阔的领域里与实际相符 显示了牛顿运动 定律的正确性与经典力学的魅力 但是 一切科学一样 经典力学没有也不会 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 2 基本 要求 1 了解经典力学的发展历程和伟大成就 2 认识

2、经典力学的局限性和适用范围 3 体会科学理论总是在不断发展的 发展 要求 1 初步了解微观和高速世界中的奇妙现象 2 初步了解相对论 量子论的建立对人类 深入认识客观世界的作用 二 自主学习 自学课本48 49页 3 静力学 描述静止物体 运动动学 描述物体运动动 动动力学 描述物体受力作 用下的运动动 经经典力学 牛顿顿力学 三 讲练结合 经典力学模块分类 4 牛顿 伽利略 第谷 哥白尼 亚里士多德 笛卡尔 胡 克 哈雷等 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 典 力 学 金 字 塔 的 建 立 开普勒 万有引力定律 牛顿三大定律 5 亚里士多德伽利略笛卡儿惠更斯牛顿

3、国别 生活 年代 古希腊 约公元前 384 公元前322 年 意大利 1564 1642年 法国 1596 1650年 荷兰 1629 1695年 英国 1642 1727年 主要 的科 学研 究方 法 观察 思维 推 理 观察实验 假设 数学推理 三者相结 合 实验观 察 数 学推理 实验 数学 推理 归纳与演绎 综合与分 析 实验观 察等 力学 方面 的主 要成 就 两个反面的结论 力是维持物体 运动的原因 重的物体比轻 的物体下落得快 自由落 体运动规 律 力学相 对性原理 惯性定 律 制成了世 界上第一架 计时摆钟 测量出重 力加速度的 值 三大运动 定律 万 有引力定律 科学家对经典

4、力学的贡献 6 经经典力学的基础础是牛顿顿运动动定律 万有引力定律更确立了牛顿顿的地位 牛 顿顿运动动定律和万有引力定律在宏观观 低速 弱引力的广阔领阔领 域 经经受实实践检检 验验 由牛顿顿力学定律导导出的动动量守恒 定律 机械能守恒律等是航空航天技术术 理论论的基础础 火箭 人造地球卫卫星 航天飞飞机 宇宙飞飞船 行星探测测器等 航天器的发发射 都是牛顿顿力学规规律的应应 用范例 7 1905年 出生于德国的美籍物理 学家阿尔伯特 爱因斯坦 1879 1955 发表了狭义相对论 这个理论指出 在宇宙中唯一不变的是光线在真空 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

5、者的参考系 特 定观察 而变化 8 牛顿建立的经典力学已相当完善 爱因斯 坦为什么还要提出相对论 相对论是否 全盘否定了牛顿的经典力学理论 经典力学的局限性和适用范围 9 经典力学受速度限制的分析 生活中接触到的运动 速度都远小于真 空中的光速 处理这些运动 经典力学完全 适用 狭义相对论阐述了物体在以接近光的 速度运动时所遵循的规律 得出了一些不同 于经典力学的观念和结论 10 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 式中m0是物体静止时的质量 m是物体速度 为

6、v时的质量 c是真空中的光速 11 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 经典力学 牛顿运动定律 在低速运动的 物体 低速世界 中成立 适用 12 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 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 矢量和 当一些问题牛

7、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 13 经典力学中的空间和时间 力学的目的在于描述物体在空间中的位 置如何随 时间 而改变 这里 位置 和 空间 应如何理解是不清 楚的 设一架飞机正在匀速地行驶 从飞机上 投下一枚炸弹 那么 如果不计空气阻力的影 响 飞行员看见炸弹是沿直线落下的 从地面 上观察这一举动的行人则看到炸弹是沿抛物 线落到地面上的 对牛顿运动定律受参考系限制的认识 14 借助于这一实例可以清楚地知道不会 有独立存在的轨线 路程 曲线 而 只有相对于特定的参考物体的轨线 可见 在非惯性系中 牛顿定律不再成立 现在问 炸弹所经过的

8、各个 位置 是 的确 在一条直线上 还是在一条抛物线上的呢 经典力学 牛顿运动定律 在惯 性系中成立 适用 15 两种不同的时空观 科学漫步 栏目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 16 一 经典时空观 绝对时 空观 1 同时的绝对性 2 时间间

9、 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 17 二 相对论时 空观 1 同时是相对的 3 动尺变短 4 运动的物体质量变大 1 不同惯性参考系 物理规律相同 1 两条基本假设 2 任何惯性系 光速不变 2 狭义相对论结论 2 动钟变 慢 时间 长度 和质量这三者 都与参考系的 运动有关 18 爱因斯坦 狭义相对 论 19 经典时空观 狭义相对论时空观 光速 同时 时间与 空间 质量 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 20 不敢相信图中的横线是平行的

10、不过它就是平行的 21 两个位于中心的圆哪个大 其实一样大的 22 二 经典力学在分析宏观与微观的困难 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 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 23 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

11、 观世界的基本规律 经典力学 牛顿 运动定律 在宏 观世界中成立 适用 微观世 界不适用 普朗克创立 量子力学 24 强引力作用下出现的问题 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 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

12、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 牛顿运动定律只适用于弱 引力 在强引力的作用下 牛 顿的引力理论不再成立 25 四 合作探究 1 爱因斯坦狭义相对论是不是对经典力学的全盘否定 经 典力学的适用范围 2 根据爱因斯坦狭义相对论 根据爱因斯坦狭义相对论 质量 要随着物体运动速度的增大而增大 即 如果是一个物体加速 加速 再加速 它的速度会增加到 等于光速甚至大于光速吗 为什么 26 六 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

13、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 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 27 总之 经典力学只适用于低速 宏观 弱 引力的情况 当物体的速度远小于光速c时 相对论 物理学和经典物理学的结论没有区别 当另一个重要的常数即 普朗克常量 可以忽略不计时 量子力学和经

14、典力学的 结论没有区别 28 经典 力学 狭义相 对论 广义相 对论 量子 力学 互为补充 互不矛盾 互不否定共同支撑起 物理学科的骨架 宏 观 低 速 高速 微观世界 强引力 29 2 根据公式知道 v c时 m应是无穷大 随着质 量的不断增大 产生加速度的力不断增大 使加速 越来越困难 因此一个物体不管怎么加速 它的速 度不会等于甚至超过光速 30 七 牛顿的科学方法 科学足迹 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 顿科学方法论的基础 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

15、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 31 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 Albert Einstein 世纪伟人 32 六 课堂检测 1 通过加速装置对电子施加一个很大的恒力 使电 子从静止开始加速 对这一加速过程 下列说法正 确的是 A 根据牛顿第二定律 电子将不断做匀加速直线 运动 B 电子先做匀加速直线运动 后以光速做匀速直 线运动 C 电子开始做近似匀加速直线运动 后来质量增 大 牛顿运动定律不再适用 D 电子是微观粒子 整个加速

16、过程根本就不能用 牛顿运动定律解释 33 解析 电子在开始加速的阶段 速度很小 远低 于光速 虽然它是微观粒子 但此时牛顿运动定律基 本适用 可以认为被加速的初始阶段是匀加速直线运 动 后来速度大了 质量也变大 牛顿运动定律不再 适用 C正确 答案 C 34 解析 2 经典力学不能适用于下列哪些运动 A 火箭的发射 B 宇宙飞船绕地球的运动 C 勇气号 宇宙探测器的运动 D 微观粒子的波动性 D项是微观粒子的运动 经典力学不 适用于微观物体的运动 答案 D 35 答案 A 3 牛顿定律不适用于下列哪些情况 A 研究原子中电子的运动 B 研究 神舟七号 飞船的高速发射 C 研究地球绕太阳的运动 D 研究飞机从北京飞往纽约的航线 36 七 课堂小结 经典力学的局限性 适用 范围 低速 宏观 弱引力 狭义 相对 论 两个基 本假设 速度的 影响 相对性原理 光速不变原理 对质量 对时间 对空间 37 课下作业 课堂巩固训练 38 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好