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1、经典力学的局限性经典力学的局限性第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第一章第一章 运动的描述运动的描述第二章第二章 匀变速直线运动的研究匀变速直线运动的研究第三章第三章 相互作用相互作用第四章第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律第五章第五章 曲线运动曲线运动万有引力定律万有引力定律牛顿运动定律牛顿运动定律经典力学经典力学运动原因运动原因静止：静止：匀速直线运动：匀速直线运动： 匀加速直线运动匀加速直线运动匀变速直线运动：匀变速直线运动： 匀减速直线运动匀减速直线运动 匀变速往复直线运动匀变速往复直线运动 平抛运动：平抛运动： 匀速圆周运动：匀速圆周运动： 静止曲线运动直线运动牛顿运动定律牛顿
2、运动定律天体运动的原因天体运动的原因称量天体的质量称量天体的质量发现未知天体发现未知天体万有引力定律万有引力定律研究方法研究方法自由落体运动是匀变速运动吗自由落体运动是匀变速运动吗？猜想与假说猜想与假说逻辑推理逻辑推理实验验证实验验证修正和推广修正和推广落体运动落体运动下落的一样快吗？下落的一样快吗？FF月月地检验地检验卡文迪许测卡文迪许测G万有引力定律万有引力定律猜想猜想推理推理 验证验证推广推广万有引力万有引力宇宙航行宇宙航行从地面上物体的运动到天体的运动，经典力学在广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。到到19世纪末，发现了许多世纪末，发现了许多 经典力学
3、无法解释的现象。经典力学无法解释的现象。水星近日点的进动水星近日点的进动广义相对论广义相对论从弱引力到强引力从弱引力到强引力太阳太阳太阳太阳 我们有可能我们有可能观测到太阳后面观测到太阳后面的恒星，最好的的恒星，最好的观测时间是发生观测时间是发生日全食的时候日全食的时候19191919年年5 5月月2929日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实广义相对论广义相对论从弱引力到强引力从弱引力到强引力我们考察一万米高空大气我们考察一万米高空大气
4、产生的大约以产生的大约以0.99c运动的运动的子。子。大家估算一下它到达地面大家估算一下它到达地面所用的时间？所用的时间？ 子子寿命：寿命：2微秒微秒 。大约大约33微秒。微秒。子穿越大气层子穿越大气层狭义相对论狭义相对论从低速到高速从低速到高速小球穿越略大于球的孔小球穿越略大于球的孔 从从宏宏观观到到微微观观量量 子子 力力 学学经经典典力力学学弱引力弱引力低速低速宏观宏观强引力强引力高速高速微观微观广义相对论广义相对论狭义相对论狭义相对论量子力学量子力学从从 到到 我们周围的世界我们周围的世界科学的探索是无止境的，我们来看看我们周围需要探索的世界。科学的探索是无止境的，我们来看看我们周围需
5、要探索的世界。从从10亿光亿光年以外来年以外来看看,宇宙是宇宙是平坦的平坦的,没没有什么中有什么中心心.图中的图中的小点都是小点都是由银河系由银河系等星系组等星系组成的超星成的超星系团系团.当尺度放当尺度放大十倍，大十倍，我们看到我们看到星系集中星系集中在一起，在一起，组成星系组成星系团。图中团。图中为室女座为室女座星系团，星系团，它和银河它和银河系所在的系所在的本星系团本星系团组成一个组成一个本超星系本超星系团。团。图中的每图中的每一个点都一个点都是一个星是一个星系，是由系，是由数以十亿数以十亿计的恒星计的恒星组成的。组成的。我们的故我们的故乡乡银银河系。河系。本星系团本星系团中一个普中一个
6、普通的星系。通的星系。由大约由大约1000亿颗亿颗恒星组成恒星组成的螺旋状的螺旋状的银河系的银河系缓慢的旋缓慢的旋转。转。图中太阳图中太阳所在的区所在的区域，每域，每3亿年围绕亿年围绕银河的中银河的中心转动一心转动一圈。圈。我们的太我们的太阳系位于阳系位于银河系螺银河系螺旋翼内侧旋翼内侧的边缘，的边缘，距离银河距离银河系中心大系中心大约约2.5万光万光年。年。我看到旁我看到旁边有好多边有好多星星啊！星星啊！太阳啊太阳啊太阳，太阳，您在您在哪哪里呀？里呀？在这个尺在这个尺度上，相度上，相对于我们对于我们的地球，的地球，这些星星这些星星在天空的在天空的位置基本位置基本上不随时上不随时间变化，间变化
7、，所以叫做所以叫做恒星。恒星。因为距离我因为距离我们最近，所们最近，所以看起来最以看起来最亮。就是您，亮。就是您，太阳，出现太阳，出现了。了。（此时距太（此时距太阳约一光年）阳约一光年）后面的是后面的是恒星的背恒星的背景，晚上景，晚上看到的就看到的就是它们了。是它们了。跋山涉水跋山涉水呀，千辛呀，千辛万苦呀，万苦呀，终于看到终于看到了我们的了我们的太阳系。太阳系。中间是太中间是太阳，一个阳，一个个圈是几个圈是几大行星的大行星的轨道。轨道。按照到按照到太阳的太阳的距离排距离排序：序：水星、水星、金星金星地球、地球、火星火星木星、木星、土星土星天王星天王星海王星海王星冥王星冥王星数一数，数一数，在
8、方框在方框中间的中间的是哪个是哪个行星的行星的轨道？轨道？一个天一个天文单位文单位从地从地球到太球到太阳的距阳的距离离图中的图中的绿色轨绿色轨道是地道是地球从九球从九月初到月初到十月份十月份的六个的六个星期在星期在天空中天空中经过的经过的轨道。轨道。这是地这是地球在四球在四天内运天内运行的轨行的轨迹，方迹，方框中的框中的小圈是小圈是什么呢什么呢？原来是原来是月亮的月亮的轨道，轨道，地球在地球在哪里？哪里？25817，缩，缩小小17次次以后，以后，我们终我们终于见到于见到自己的自己的家了。家了。回家啦！回家啦！从从1961年年以后，人以后，人类才可以类才可以从这个角从这个角度看到我度看到我们生活
9、的们生活的地球。地球。终于回终于回到我们到我们熟悉的熟悉的尺度了。尺度了。我看到了：我看到了：有房子、街有房子、街道、公园道、公园好像还有汽好像还有汽车！车！一副都市一副都市生活照片生活照片左边是高左边是高速公路上速公路上飞驰的汽飞驰的汽车，右边车，右边是等待出是等待出发的轮船，发的轮船，绿油油的绿油油的草地上是草地上是什么？什么？原来是两原来是两个人在晒个人在晒太阳睡觉！太阳睡觉！现在的现在的距离是距离是1米，米，我们熟我们熟悉的单悉的单位和我位和我们熟悉们熟悉的画面。的画面。醒醒啊！醒醒啊！会感冒会感冒的！的！分米，我分米，我们常用的们常用的另一个单另一个单位，因为位，因为我们的手我们的手
10、就这么大。就这么大。手上的皮手上的皮肤放大了肤放大了看，原来，看，原来，挺恶心的。挺恶心的。显微镜显微镜的发展的发展使得我使得我们可以们可以走进微走进微观的世观的世界，这界，这是汗毛是汗毛的毛孔。的毛孔。皮下组皮下组织织一个细胞的一个细胞的数量级一般数量级一般来说就是来说就是10微米。微米。世界上最大世界上最大的细胞是鸵的细胞是鸵鸟蛋，它是鸟蛋，它是一个单独的一个单独的卵细胞，数卵细胞，数量级是分米量级是分米级的，厉害级的，厉害吧。吧。我是淋巴球我是淋巴球细胞核细胞核的表面的表面人体的人体的细胞数细胞数量是银量是银河系中河系中恒星数恒星数量的几量的几百倍！百倍！这就是传说这就是传说中的染色体中
11、的染色体了了（DNA）！）！100埃埃 埃是长度单埃是长度单位，指位，指10-10米。米。100埃埃的数量级就的数量级就能度量某些能度量某些有机大分子有机大分子的物质了。的物质了。在纳米这样在纳米这样的数量级下，的数量级下，我们连原子我们连原子都可以数清都可以数清了。了。图中是组成图中是组成DNA分子的分子的原子们，原子们，生命就在这生命就在这种复杂的结种复杂的结合中得以体合中得以体现。现。原子尺度原子尺度中量子力中量子力学成为主学成为主要的理论要的理论依据，根依据，根据量子力据量子力学电子以学电子以概率云的概率云的形式出现。形式出现。好像回到好像回到了宇宙？了宇宙？不！这是不！这是在原子的在
12、原子的内部。内部。由于电磁由于电磁力、强相力、强相互作用和互作用和弱相互作弱相互作用的影响，用的影响，原子核周原子核周围空荡荡围空荡荡的。世界的。世界终于清静终于清静了！了！10-12米叫米叫做一皮米。做一皮米。在在0.1皮皮米的数量米的数量级下看原级下看原子核就可子核就可以看出很以看出很多个球球多个球球来，它们来，它们是带正电是带正电的质子和的质子和不带电的不带电的中子。中子。碳原子碳原子核由核由6个个质子和质子和6个中子个中子组成。组成。1飞米飞米（10的的15次方米）次方米）原子核内原子核内部夸克的部夸克的运动和相运动和相互作用，互作用，这是我们这是我们正在研究正在研究的领域。的领域。粒子物理学粒子物理学宇宙学宇宙学我想知道为什么我想知道为什么我想知道为什么我想知道为什么我想知道为什么我想知道为什么我想知道为什么我想知道为什么我想知道究竟为什么我非要知道为什么我想知道为什么我想知道究竟为什么我非要知道为什么我想知道为什么我想知道为什么我想知道为什么 费曼费曼 经经典典力力学学弱引力弱引力低速低速宏观宏观强引力强引力高速高速微观微观广义相对论广义相对论狭义相对论狭义相对论量子力学量子力学？
