經(jīng)典力學(xué)的局限性 省賽獲獎 詳細(xì)版課件

1、經(jīng)典力學(xué)的局限性從地面物體的運(yùn)動到天體的運(yùn)動從大氣的流動到地殼的變動從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計各種機(jī)械從自行車到汽車、火車、飛機(jī)等各種交通工具從投出的籃球到發(fā)射火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船 經(jīng)典力學(xué)在如此廣泛的領(lǐng)域里與實際相符合，顯示了牛頓運(yùn)動定律的正確性與經(jīng)典力學(xué)的魅力。 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)受了實踐的檢驗，取得了巨大的成功經(jīng)典力學(xué)的偉大成就1、把人類對整個自然界的認(rèn)識推進(jìn)到一個新水平，牛頓從力學(xué)上證明了自然界的統(tǒng)一；2、經(jīng)典力學(xué)的建立首次明確了一切自然科學(xué)理論應(yīng)有的基本特征，這標(biāo)志著近代理論自然科學(xué)的誕生，也成為其他各門自然科學(xué)的典范；3、經(jīng)典力學(xué)的建立對自然科學(xué)和科技的發(fā)展、社會的進(jìn)步具有深遠(yuǎn)影響：

2、經(jīng)典力學(xué)形成的科學(xué)研究方法的推廣應(yīng)用； 經(jīng)典力學(xué)與其他基礎(chǔ)科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生了許多交叉學(xué)科，促進(jìn)了自然科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展； 經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)技術(shù)上有廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了社會文明的發(fā)展。 經(jīng)典力學(xué)也不是萬能的，像一切科學(xué)一樣，它沒有也不會窮盡一切真理，它也有自己的局限性它像一切科學(xué)理論一樣，是一部“未完成的交響曲”。 一、從低速到高速 低速：速度遠(yuǎn)小于真空中的光速。高速：速度與真空中的光速相接近。一、從低速到高速 例如： (1)v0.8c時，物體的質(zhì)量約增大到靜止質(zhì)量的1.7倍，這時經(jīng)典力學(xué)就不再適用了 (2)如地球以v30kms的速度繞太陽公轉(zhuǎn)時，m=1.000000005mo，它的質(zhì)量增大十分微小，可

3、以忽略不計1、質(zhì)速關(guān)系 在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，但愛因斯坦的狹義相對論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，即 其中m0為靜止質(zhì)量，m是物體速度為v時的質(zhì)量，c是真空中的光速.2、速度合成與參考系 一條河流中的水以相對河岸的速度V水岸流動，河中的船以相對于河水的速度V船水順流而下在經(jīng)典力學(xué)中，船相對于岸的速度即為V船岸=V船水+V水岸 經(jīng)驗告訴我們，這簡直是天經(jīng)地義的但是，仔細(xì)一看，這個關(guān)系式涉及兩個不同的慣性參考系，而速度總是與位移(空間長度)及時間間隔的測量相聯(lián)系在牛頓看來，位移和時間的測量與參考系無關(guān)，正是在這種時空的觀念下，上式才成立。 然而，相對論認(rèn)為，同一過程的位移和時間的

4、測量在不同的參考系中是不同的，因而上式不能成立，經(jīng)典力學(xué)也就不再適用了。 一、從低速到高速 一、從低速到高速 低速：速度遠(yuǎn)小于真空中的光速。高速：速度與真空中的光速相接近。經(jīng)典力學(xué)只適用于低速運(yùn)動，不適用于高速運(yùn)動 二、從宏觀到微觀 19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，面且具有波動性，它們的運(yùn)動規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)描述 20世紀(jì)20年代，建立了量子力學(xué)，它能夠正確地描述微觀粒子運(yùn)動的規(guī)律性，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。 經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子 相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，是否表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義? 相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，說明人類對

5、自然界的認(rèn)識更加廣泛和深入，而不表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義它只是使人們認(rèn)識到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍：只適用于低速運(yùn)動，不適用于高速運(yùn)動，只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。 二、從宏觀到微觀 經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界三、從弱引力到強(qiáng)引力 弱引力： 萬有引力屬于弱引力利用萬有引力定律可以解釋天體的運(yùn)動，并預(yù)言和發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星，首次把天上的星體運(yùn)動規(guī)律與地面物體的運(yùn)動規(guī)律統(tǒng)一起來強(qiáng)引力： 愛因斯坦引力理論表明，當(dāng)天體半徑減小到一定程度時(太陽的引力半徑為3 km，地球的引力半徑為1 m)，天體間的引力就趨于無窮大 1、實際的天文觀測，行星的運(yùn)行軌道并不是嚴(yán)格閉合的，它們的近日點(diǎn)

6、在不斷地旋進(jìn)經(jīng)典力學(xué)的解釋令人滿意嗎?用什么理論來圓滿地進(jìn)行了解釋? 按牛頓的萬有引力定律推算，行星的運(yùn)動應(yīng)該是一些橢圓或圓，行星沿著這些橢圓或圓做周期性運(yùn)動，與實際觀測結(jié)果不符經(jīng)典力學(xué)也能作出一些解釋，但是，水星旋進(jìn)的實際觀測值比經(jīng)典力學(xué)的預(yù)言值多經(jīng)典力學(xué)的解釋不能令人滿意三、從弱引力到強(qiáng)引力 愛因斯坦根據(jù)廣義相對論計算出水星近日點(diǎn)的旋進(jìn)還應(yīng)有43的附加值，同時還預(yù)言了光線在經(jīng)過大質(zhì)量的星體附近時，如經(jīng)過太陽附近時會發(fā)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象并且都被觀測證實2、何為天體的引力半徑? 假定一個球形天體的質(zhì)量不變，并通過壓縮減小它的半徑，天體表面上的引力將會增加，當(dāng)引力趨于無窮大時，被壓縮天體半徑接近的值“引

7、力半徑” 只要天體的實際半徑遠(yuǎn)大于它們的引力半徑，那么愛因斯坦和牛頓的理論計算出的力的差異并不很大但當(dāng)天體的實際半徑接近引力半徑時，這種差異將急劇增大這就是說，在強(qiáng)引力的情況下，牛頓的萬有引力理論將不再適用 三、從弱引力到強(qiáng)引力 3、歷史上的科學(xué)成就與新的科學(xué)成就的關(guān)系是怎樣? 歷史上的科學(xué)成就不會被新的科學(xué)成就所否定，而是作為某些條件下的局部情形，被包括在新的科學(xué)成就之中如：當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速c時，相對論與經(jīng)典理論的結(jié)論沒有區(qū)別；當(dāng)另一個重要常數(shù)即“普朗克常數(shù)”h(663X10-34Js)可以忽略不計時量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別相對論和量子力學(xué)都沒有否定過去的科學(xué)，而只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。三、從弱引力到強(qiáng)引力 練習(xí)120世紀(jì)初，著名物理學(xué)家愛因斯坦提出了 ，改變了經(jīng)典力學(xué)的一些結(jié)論在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是 的，而相對論指出質(zhì)量隨著速度增大而 。 練習(xí)2微觀粒子的運(yùn)動不僅具有 性同時具有波動性它們的運(yùn)動規(guī)律很多情況下不能用經(jīng)典力學(xué)來說明要正確描述微觀粒子的運(yùn)動規(guī)律，需要用 。 練習(xí)3牛頓運(yùn)動規(guī)律只適用于 物體的運(yùn)動，狹義相對論闡述物體在以 的速度運(yùn)動時所遵從的規(guī)律 狹義相對論固定不變增大粒子量子力學(xué)宏觀、低速接近光速從低速到高速：