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1、6 经典力学的局限性,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 .,惯性系非惯性系,一、经典力学受参考系限制,在惯性系中，牛顿定律成立; 在非惯性系中，牛顿定律不成立.,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
2、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。,1905年，爱因斯坦（18791955）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。,三、狭义相对论的基本原理,1、相对性原理,这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。,不论用什么方法都找不到绝对参照系, 即根本不存在绝对参照系,一切惯性系都是平权的。,同时的相对性1.,同时的相对性2.,一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描述物理规律都是等价的。或在所有惯性系中,物理规律都具有相同的形式。,爱因斯坦火车:,同时
3、到达A、B,火车上的观测者说:光源在AB的中点,应同时到达A、B两点.地面上的人看见先到达B点，后到A点。,（1）相对时间 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，静止的钟表总比另一个稍微快一点。,时钟变慢,（1）相对时间,（2）相对长度 爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(18511901)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，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比
4、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。,长度收缩1,长度收缩2,（2）相对长度,（3）相对质量,物体运动时的质量与静止质量的关系,2、光速不变原理,对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播的 光速都相同,且与光源的运动状态无关。,即谁测真空中的光速都是c ,与惯性系的选择及光源无关。,例：宇宙飞船以20万 km/s的速度飞行, 人在飞船上向前发一束 光, 光在飞船中以光速 c 传播, 地球上的人测得光速多大？,万Km/s,按运动合成得:,1)爱因斯坦理论是牛顿理论的发展,2)光速不变原理适用的条件:,“照亮我的道路,并不断给我
5、新的勇气去愉快地正视生活理想的是善、是美、是真”。,他剖析自己的科学感受时说：,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。,“ 科学的头脑就是去怀疑,去证实,去发现的精神! ”,相对论好象是：“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。” 德布罗意,课堂小结,一、经典力学规律只能用于： 宏观物体、低速运动、惯性系。,惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。 所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。 所有相对于惯性系
6、作变速运动的参考系都是非惯性系。,二、相对论的基本原理,1、相对性原理,（1）相对时间,（2）相对长度,（3）相对质量,2、光速不变原理,【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,【答案】BCD,【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。,经典力学的局限性,瞬间一别路漫漫，但觉未过光速关。钟尺合须静里用，云山偏向动中看。 时空相对非虚语，质能并增岂等闲。权将电波传信息，只缘相见难上难。,跨箭相期星际游，一别瞬息见三秋。 动境钟尺多疑难，因果规律乃存留。质能守恒惊人数，时空相
7、对尽眼收。权将光波通信息，归来尚须苦作舟。,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？” 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。” 罗斯福1933年任美国第32届总统，业
8、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 “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
9、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。” “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。 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”。,惯性系非惯性系,返回,时钟变慢,返回,同时的相对性1,返回,同时的相对性2,返回,长度收缩1,返回,长度收缩2,返回,
