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1、6.6经典力学局限性一. 经典力学的成就和局限性1：主要有哪些物理学家作出了哪：主要有哪些物理学家作出了哪些突出的贡献？些突出的贡献？2：经典力学有哪些局限性？：经典力学有哪些局限性？经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性重重重重 大大大大 成成成成 就就就就时时时时 间间间间阿基米德发现浮力定律阿基米德发现浮力定律公元前三世纪公元前三世纪开普勒发现行星运动定律开普勒发现行星运动定律1609，1619伽利略阐明了运动的相对性原理伽利略阐明了运动的相对性原理1632伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理163
2、8帕斯卡发现帕斯卡原理帕斯卡发现帕斯卡原理1653马德堡半球实验、验证大气压力马德堡半球实验、验证大气压力1663发现胡克定律发现胡克定律弹簧弹力和形变的关系弹簧弹力和形变的关系1678牛顿发表牛顿发表自然哲学的数学原理，阐明了自然哲学的数学原理，阐明了运动定律和万有引力定律运动定律和万有引力定律1687 收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序由远及近排列，收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序由远及近排列，收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序由远及近排列，收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序由远及近排列，你是否发现取得重大成就的时间
3、间隔越来越短？这说明了什么？你是否发现取得重大成就的时间间隔越来越短？这说明了什么？你是否发现取得重大成就的时间间隔越来越短？这说明了什么？你是否发现取得重大成就的时间间隔越来越短？这说明了什么？一一一一. .经典力学的发展历程经典力学的发展历程经典力学的发展历程经典力学的发展历程亚里士多德亚里士多德亚里士多德亚里士多德伽利略伽利略伽利略伽利略笛卡儿笛卡儿笛卡儿笛卡儿惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯牛顿牛顿牛顿牛顿国别国别生活年生活年代代古希腊，约公古希腊，约公元前元前384公公元前元前322年年意大利，意大利，15641642年年法国，法国，15961650年年荷兰，荷兰，16291695年年英国，
4、英国， 16421727年年主要的主要的科学研科学研究方法究方法观察、思维、观察、思维、推理推理观察实验、假观察实验、假设、数学推理设、数学推理三者相结合三者相结合实验观察、实验观察、数学推理数学推理实验、数实验、数学推理学推理归纳与演归纳与演绎、综合绎、综合与分析、与分析、实验观察实验观察等等力学方力学方面的主面的主要成就要成就两个反面的结两个反面的结论：论：力是维持物力是维持物体运动的原因。体运动的原因。重的物体比重的物体比轻的物体下落轻的物体下落得快。得快。自由落体运自由落体运动规律动规律力学相对性力学相对性原理原理惯性定律惯性定律制成了制成了世界上第世界上第一架计时一架计时摆钟。摆钟。
5、测量出测量出重力加速重力加速度的值。度的值。三大运三大运动定律、动定律、万有引万有引力定律。力定律。请分析比较下列科学家对经典力学的贡献请分析比较下列科学家对经典力学的贡献请分析比较下列科学家对经典力学的贡献请分析比较下列科学家对经典力学的贡献1 经典力学的成就和局限性1：主要有哪些物理学家作出了哪：主要有哪些物理学家作出了哪些突出的贡献？些突出的贡献？2：经典力学有哪些局限性？：经典力学有哪些局限性？1 经典力学的成就和局限性一、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二、经典力学局限性：二、经典力学局限性：1、不能解决高速运动高速运动问题（接近光速）接近光速）2、不适用
6、于微观领域中微观领域中物质结构物质结构和能量不连续能量不连续的现象一、经典时空观一、经典时空观（绝对时空观）：（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超新星爆发的持续时间：超新星爆发的持续时间：2 经典时空观与相对论时空观实际：实际：2年年！？！？牛顿：牛顿：25年。年。 时间、长度和质量这三者都与参考系的运动时间、长度和质量这三者都与参考系的运动无无关。关。2 经典时空观与相对论时空观二、相对论时空观二、相对论时空观:（1）同时是相对的相对的（3）动尺变短短（4）运动的物体质量变大大（1）不同惯性参考系惯性参考系惯性参考系惯性参考系，物理规律相同规律
7、相同1、两条基本假设：、两条基本假设：（2）任何惯性系，光速不变光速不变2、狭义相对论结论：、狭义相对论结论：（2）动钟变慢慢 时间、长度和质量这三者都与参考系的运动时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有有关。关。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典时空观与相对论时空观练习练习练习练习经典力学发展的三个阶段经典力学发展的三个阶段
8、经典力学发展的三个阶段经典力学发展的三个阶段第一阶段：第一阶段：第一阶段：第一阶段： 伽伽利利略略、牛牛顿顿时时代代之之前前。人人们们对对力力学学现现象象的的研研究究大大多多直直接接反反映映在在技技术术之之中中或或完完全全融融合合在在哲哲学学之之内内，物物理理学学就就整整体体而而言言还还没没有有成成为为独独立立的的科科学学。这这个个阶阶段段对对力力学学作作出出突突出出贡贡献献的的是是阿阿基基米德。米德。第二阶段：第二阶段：第二阶段：第二阶段： 从从伽伽利利略略到到牛牛顿顿。是是经经典典力力学学从从基基本本要要领领、基基本本定定律律到到建建成成理理论论体体系系的的阶阶段段，在在这这一一阶阶段段有
9、有一一系系列列的的科科学学家家为为经经典典力力学学打下重要基础。打下重要基础。第三阶段：第三阶段：第三阶段：第三阶段： 牛牛顿顿之之后后。经经典典力力学学又又有有新新的的发发展展，这这一一阶阶段段主主要要是是后后人人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。二二二二. .经典力学的伟大成就经典力学的伟大成就经典力学的伟大成就经典力学的伟大成就把把人人类类对对整整个个自自然然界界的的认认识识推推进进到到一一个个新新水水平平，牛牛顿顿从从力力学上证明了自然界的统一；学上证明了自然界的统一；经经典典力力学学的的建建立立首首次次明明确确了了一一切切
10、自自然然科科学学理理论论应应有有的的基基本本特特征征，这这标标志志着着近近代代理理论论自自然然科科学学的的诞诞生生，也也成成为为其其他他各各门自然科学的典范；门自然科学的典范；经经典典力力学学的的建建立立对对自自然然科科学学和和科科技技的的发发展展、社社会会的的进进步步具具有深远影响：有深远影响：经典力学形成的科学研究方法的推广应用；经典力学形成的科学研究方法的推广应用；经经典典力力学学与与其其他他基基础础科科学学相相结结合合产产生生了了许许多多交交叉叉学学科科，促促进了自然科学的进一步发展；进了自然科学的进一步发展；经经典典力力学学在在科科学学技技术术上上有有广广泛泛的的应应用用，促促进进了
11、了社社会会文文明明的的发展。发展。三三.经典力学的局限性和适用范围经典力学的局限性和适用范围经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动（v v c c）经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只能用
12、于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比与光速相比）的情形，的情形，的情形，的情形，且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。牛顿运动定律与参考系牛顿运动定律与参考系经典力学与与运动速度经典力学与与运动速度惯性参考系：惯性参考系：惯性参考系：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。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。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于
13、惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。 我们认识物理这门学科，已经有三年了，我们认识物理这门学科，已经有三年了，同学们，你有没有意识到自己是幸运的？同学们，你有没有意识到自己是幸运的？我们从一开始就被直接带入了这座宏伟壮我们从一开始就被直接带入了这座宏伟壮丽的物理学大厦丽的物理学大厦 而这座大厦是由一大批杰出的物理学而这座大厦是由一大批杰出的物理学家前赴后继、呕心沥血构建而成的。家前赴后继、呕心沥血构建而成的。 今天，我们在了解物理学发展过程当中，今天，我们在了解物理学发展过程当中，也结识几个早就和我们所学的知识一同也结识几个早就和我们所学的知识
14、一同陪伴在我们身边的物理学界的伟大人物。陪伴在我们身边的物理学界的伟大人物。经经 典典 力力 学学 经典物理学体系：经典力学，热学、声学、光学、电磁学伽利略伽利略发现：惯性定律、自由落体规律、力学相对性原理 经经 典典 力力 学学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解决了完全弹性解决了完全弹性碰撞问题碰撞问题发现了行星运发现了行星运动规律动规律经经 典典 力力 学学 牛顿创立了完整的经典力学 经典力学之父【例题】【例题】【例题】【例题】牛顿定律能适用于下列哪些情况？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研究原子中电子的运动 B.研究研究“神州神州”五号的高
15、速发射五号的高速发射 C.研究地球绕太阳的运动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研究飞机从深圳飞往北京的航线【答案】【答案】【答案】【答案】BCDBCD【提示】【提示】【提示】【提示】经典力学只适用于处理经典力学只适用于处理经典力学只适用于处理经典力学只适用于处理宏观宏观宏观宏观物体的物体的物体的物体的低速运动低速运动低速运动低速运动。经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性【例例例例题题题题】两两台台升升降降机机甲甲、乙乙同同时时自自由由下下落落甲甲上上的的人人看看到到乙乙是是静静止止的的，也也就就是是说说，在在甲甲看看来来
16、，乙乙的的运运动动状状态态并并没没有有改改变变，但但是是乙乙确确实实受受到到向向下下的的地地球球引引力力。根根据据牛牛顿顿定定律律，受受到到外外力力作作用用的的物物体体，其其运运动动状状态态一定会改变，这不是有矛盾吗？你是如何理解的？一定会改变，这不是有矛盾吗？你是如何理解的？【提示】【提示】【提示】【提示】牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。【答案】【答案】【答案】【答案】不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成
17、立。不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性19051905年，出生于德国的美年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特籍物理学家阿尔伯特爱爱因斯坦（因斯坦（1879195518791955）发表了狭义相对论。这个发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速变的是光线在真空中的速度，其它任何事物度，其它任何事物速速度、长度、质量和经过的度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化。系（特定观察）而变化。四四.狭狭义义相相对对论
18、论的的基基本本原原理理相对时间 相对长度 相对质量经典力学经典力学力力动量动量能量能量生物力学生物力学热弹性力学热弹性力学磁流体力学磁流体力学化学流体动力学化学流体动力学等离子体动力学等离子体动力学地质力学地质力学天体力学天体力学塑性力学塑性力学流体力学流体力学弹性力学弹性力学刚体力学刚体力学 天地四方,古往今来发生的一切现象都能够用力学来描述. ？阿尔伯特爱因斯坦创立狭义相对论.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宏观领域微观世界微观世界普朗克 创立量子力学 经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体； 相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动
19、。 因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。ReturnEinstein 对相对论的解释对相对论的解释: 当你和一个漂亮当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小姑娘在一起坐一小时时, ,你感觉只坐了一你感觉只坐了一分钟分钟, ,当你坐在火炉当你坐在火炉旁一分钟旁一分钟, ,就好象坐就好象坐了一小时了一小时, ,这就是相这就是相对论。对论。Albert Einstein世纪伟人世纪伟人 17 17 世纪牛顿力学构成了体系世纪牛顿力学构成了体系 . . 可以说，可以说，这是物理学第一次伟大的综合这是物理学第一次伟大的综合 . . 牛顿建立了牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力两个
20、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，具有解决实定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力际问题的能力 . . 他开拓了天体力学这一科学，他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 . .检测题 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 )检测题检测题 一列火车以速度v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，以下说法中正确的是 A火车上的人测得，闪光先到
21、达前壁B火车上的人测得，闪光先到达后壁C火车上的人测得，闪光同时到达车厢 的前壁 和后壁D条件不足，无法确定( A )检测题检测题 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
22、察者测得的火箭长为30 m( BD )检测题检测题 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。选择的参考系不同，对运动的描述就不同：选择的参考系不同，对运动的描述就不同：例如：让两小球从同一高度同时自由下落。例如：让两小球从同一高度同时自由下落。符合牛顿运动定律符合牛顿运动定律不符合牛顿运动定律不符合牛顿运动定律惯性系惯性系非非惯性系惯性系Return
