《6.6经典力学局限性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6.6经典力学局限性（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6.6 经典力学局限性经典力学体系：经典力学体系： 经典物理学体系：经典力学，热学、声学、光学、电磁学等。1、伽利略发现：惯性定律、自由落体规律、力学相对性原理。 2、第一次比较完整、第一次比较完整表述了惯性定律。表述了惯性定律。3、解决了完全、解决了完全弹性碰撞问题。弹性碰撞问题。4、发现了行星、发现了行星运动规律。运动规律。5、牛顿创立了完整的经典力学； 一、经典力学的发展过程及伟大成就一、经典力学的发展过程及伟大成就自从自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展和完展和完善善，在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，在科学研究和生
2、产技术中有了广泛的应用。如：在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得如：在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就了巨大的成就；如如：从地面物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，从地面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从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种输送机械输送机械；从自行车到汽车、火车、；从自行车到汽车、火车、飞机等各种交通工其：从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船飞机等各种交通工其：从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船从而证明了牛顿运动定律的正确性从而证明了牛顿运动定律的正确性；但
3、是，经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽但是，经典力学也不是万能的，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“未未完成的交响曲完成的交响曲”那么经典力学在什么范围内适用呢那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这方面的知识这节课我们就来了解这方面的知识阿尔伯特爱因斯坦 直到爱因斯坦创立狭义相对论，才发现经典物理存在局限性.二、二、从低速到高速从低速到高速：这就需要有人创立新的理论。这就需要有人创立新的理论。1 1、牛顿的经典时空观
4、（、牛顿的经典时空观（绝对时空观）认为：）认为：（1）同时同时的绝对性（2）时间间隔时间间隔的绝对性（3）空间距离空间距离的绝对性例：超新星爆发的持续时间：例：超新星爆发的持续时间：而实际是：而实际是：2年年！？！？牛顿认为是：牛顿认为是：25年。年。 时间时间t t、长度、长度L L和质量和质量m m这三者都与参考系选取及物体运这三者都与参考系选取及物体运动速度动速度v v无关无关。牛顿2、爱因斯坦相对论时空观认为、爱因斯坦相对论时空观认为: 时间时间t t、长度、长度L L和质量和质量m m这三者都这三者都与参考系选取及物体运动速度与参考系选取及物体运动速度v v有关有关。（a）不同惯性参
5、考系惯性参考系惯性参考系惯性参考系，物理规律相同物理规律相同（1）、两条基本假设：）、两条基本假设：（b）任何惯性系，光速不变光速不变（a）同时是相对的相对的（c）运动尺变短短（d）运动的物体质量会变大大（2）、狭义相对论结论：在物体速度大小接近光速时，会出现）、狭义相对论结论：在物体速度大小接近光速时，会出现（b）运动钟变慢慢质量要随物体运动速度的增大而增大。质量要随物体运动速度的增大而增大。尺子要随物体运动速度的增大而变短。尺子要随物体运动速度的增大而变短。 式中式中m m0 0、l l0 0、t t0 0是物体静止时的量，是物体静止时的量，m m、l l、t t是物体速度为是物体速度为v
6、 v时时的量，的量，c c是真空中的光速是真空中的光速 。光速光速同时同时时间与空间时间与空间质量质量经典时空观经典时空观狭义相对论时空观狭义相对论时空观相对的相对的绝对的（不变）绝对的（不变）绝对的绝对的与运动无关，绝对的与运动无关，绝对的与运动无关，不变的与运动无关，不变的相对的相对的与运动有关，相对的与运动有关，相对的随速度增加而增大随速度增加而增大经经典典典典时时空空空空观观与相与相与相与相对论时对论时空空空空观对观对比：比：比：比：例如：例如：(1)v08c时，物体的质量约增大到静止时，物体的质量约增大到静止质量的质量的17倍，这时经典力学就不再适用了倍，这时经典力学就不再适用了(2
7、)如地球以如地球以v30kms的速度绕太阳公转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。力学完全适用。 可见，当可见，当v vc c时，时，m mm m0 0；当；当v v趋近于趋近于c c时，时，m m趋近于无穷大。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。用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。 结论结论1：经典力学的适用范围经典力学的适用范围： （1）只适用于宏观、低速运动物体）
8、只适用于宏观、低速运动物体，不适用于微观高，不适用于微观高速速（接近光速）接近光速）运动的物体；运动的物体； （2）只适用于弱引力情况）只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。，不适用于强引力情况。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三、从宏观到微观三、从宏观到微观宏观领域宏观领域微观世界微观世界直到普朗克创立直到普朗克创立量子力学量子力学量子力学之量子力学之父普朗克父普朗克 理解：理解：经典物理对物理学思经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体；适用于宏观低速的物体； 相对论和量子论则适用于微观相对论和量子论则适用于微观
9、高速粒子的运动。高速粒子的运动。 因此，相对论和量子力学的建因此，相对论和量子力学的建立立, ,并不是对经典力学的否定。并不是对经典力学的否定。结论结论2：（1 1）对于高速运动）对于高速运动（速度接近真空中的光速）：（速度接近真空中的光速）：需需要用爱因要用爱因斯坦的相对论斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，。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。相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。（2）对于微观世界：）对于微观世界：需要用量子力学需要用量子力学。当普朗克常数可以忽。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。略不
10、计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。四、从弱引力到强引力四、从弱引力到强引力1、按牛顿的万有引力定律推算，行星、按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动轨道应该是一些椭圆或圆，而实的运动轨道应该是一些椭圆或圆，而实际的天文观测，行星的运行轨道并不是际的天文观测，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严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进。进。牛顿的万有引力定律不能完全解释。 2、 宇宙中有一些天体，例如白矮星，密度极大，这些天体表面宇宙中有一些天体，例如白矮星，密度极大，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。的引力比我们常见的引力强的多，牛顿的引力
11、理论已经不适用了。理解：理解：万有引力属于弱引力利用万有引力定律可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，因此密度高达接近太阳，半径却与地球差不多，因此密度高达1081010kg/m3;中子星的密度更是达中子星的密度更是达10161019kg/m3。这。这些天体表面的引力比我们常见的
12、引力强的多，牛顿的引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。力理论已经不适用了。结论结论3：对于强引力情况对于强引力情况，需要用爱因斯坦引力理论需要用爱因斯坦引力理论。当天体的实。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牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。理解：根理解：根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为0 0的一的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋
13、于无穷大发生在半径接近一个趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径引力半径”的时候，这个的时候，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，剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。1、经典力学的适用范围、经典力学的适用范围：只适用于宏观、低速运动的只适用于宏观、低速运动的物体物体，不适用于微观高速运动物体；，不适用于微观高速运动物体；只适用于弱引力只适用于弱引力情况情况，不适用于强引
14、力情况。，不适用于强引力情况。2、对于高速运动、对于高速运动（速度接近真空中的光速），需（速度接近真空中的光速），需要用要用爱因斯坦的相对论爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中。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的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。别。3、对于微观世界、对于微观世界，需要用量子力学需要用量子力学。当普朗克常数可。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。以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。4、对于强引力情况、对于强引力情况，需要用爱因斯坦引力理论需要用爱因斯坦引力理论。当天。当天体的
15、实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引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力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。课堂小结：课堂小结：检测题 1、有关科学家和涉及的事实，正确的说法是 A哥白尼创立了日心说 B伽利略发现了行星运动规律 C. 惠更斯解决了弹性碰撞问题 D爱因斯坦提出了量子论( A C )2 2、一列火车以速度、一列火车以速度v v相对地面运动如果地面上的人测得，相对地面运动如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中正确的是正确的是 A
16、A火车上的人测得，闪光先到达前壁火车上的人测得，闪光先到达前壁B B火车上的人测得，闪光先到达后壁火车上的人测得，闪光先到达后壁C C火车上的人测得，闪光同时到达车厢火车上的人测得，闪光同时到达车厢 的前壁的前壁 和后壁和后壁D D条件不足，无法确定条件不足，无法确定检测题检测题( A )爱因斯坦火车爱因斯坦火车:ABK系系中点中点ABK系系中点中点先到先到B点点再到再到A点点同时到达同时到达A、B火车上的观测者说火车上的观测者说: :光源在光源在ABAB的中点的中点, ,应同时到达应同时到达A A、B B两点两点, ,地面上的地面上的人看见先到达人看见先到达B B点，后到点，后到A A点。点
17、。K系系DCK系系DC注：灯泡位置是发光位置。注：灯泡位置是发光位置。检测题检测题 3、有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC 对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是 A时钟A走得最慢 B时钟B走得最慢 C时钟C走得最慢 D时钟C走得最快( C )检测题4、如果有一支静止时长30 m的火箭，以光速的二分之一的速度从观察者的身边掠过，以下说法中正确的是A地面上的观察者测得的火箭长为30 mB地面上的观察者测得的火箭长小于30 mC地面上的观察者测得的火箭长大于30 mD火箭上的观察者测得的火箭长为30 m( BD )检
18、测题检测题 5、有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确的是 A物体的质量与物体的运动速度无关 B物体的质量随物体的运动速度增大而增大 C物体的质量随物体的运动速度增大而减少 D当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零( B )按照狭义相对论，不仅“同时”是相对的，有时候，甚至事情的先后也都是相对的。举一个例子，一节长为10米的列车，A在车后部，B在车前部。当列车以0.6c的高速度通过一个站台的时候,突然站台上的人看到A先向B开枪,过了12.5毫微秒,B又向A发射。因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过了10毫微秒，A才动手。事件是由B
19、发动的。到底是谁先动手呢？没有绝对的答案。在这个具体事件中，谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，B先A后，而在车站参考系中则是A先B后。总结：总结：经典力学的局限性经典力学的局限性一、从低速到高速一、从低速到高速-经典力学只适用于低速运动经典力学只适用于低速运动物体；物体；二、从宏观到微观二、从宏观到微观-经典力学只适用于宏观物体经典力学只适用于宏观物体；三、从弱引力到强引力三、从弱引力到强引力-万有引力定律只适用于弱引力万有引力定律只适用于弱引力。一、高速一、高速物体物体-要用相对论力学处理；要用相对论力学处理；二、微观二、微观世界物体世界物体-要用量子力学解决；要用量子力学解决；三、强引
20、力三、强引力-要用广义相对论力学处理。要用广义相对论力学处理。一、经典力学的广泛应用。一、经典力学的广泛应用。二、经典力学与狭义相对论二、经典力学与狭义相对论1、物体的质量随物体的运行速度而变化物体的质量随物体的运行速度而变化2、物体运动的位移与时间与参考系的选择有关物体运动的位移与时间与参考系的选择有关3、当物体的速度远小于光速当物体的速度远小于光速C（3108）时两者结论是一致的。）时两者结论是一致的。三、经典力学与量子力学三、经典力学与量子力学微观粒子运动的波动性不能用经典力学来解释，微观粒子运动的波动性不能用经典力学来解释，但量子力学能正确地描述微观粒子的运动规律。但量子力学能正确地描述微观粒子的运动规律。四、经典力学与广义相对论四、经典力学与广义相对论牛顿引力理论在强引力作用下不适用，只能用牛顿引力理论在强引力作用下不适用，只能用广义相对论的引力场理论来解释强引力作用。广义相对论的引力场理论来解释强引力作用。五、经典力学的适用范围五、经典力学的适用范围宏观、低速、弱力情况下适用宏观、低速、弱力情况下适用。
