高一物理6.6 经典力学的局限性.ppt

提出问题： 1、速度有无极限。 2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。 3、时间和空间是否是绝对一成不变的。 4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么还要提出相对论？相对论是否全盘否定了牛顿的经典力学理论？ 古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬勃成长。科学巨匠N.哥白尼、第谷、J.开普勒、伽利略以及R.笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的层层罗网，不断取得胜利。 牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和科学文化新变革的时代诞生的。 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。他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 。 经典力学中的空间和时间 力学的目的在于描述物体在空间中的位置如何随“时间”而改变。 “位置”和“空间”应如何理解是不清楚的。设一列火车正在匀速地行驶，站在车厢窗口松手丢下（不是用力投掷）一块石头，如果不计空气阻力的影响，火车上的乘客看见石头是沿直线落下的，人行道上静止的行人则看到石头是沿抛物线落到地面上的。石头所经过的各个“位置”是“的确”在一条直线上，还是在一条抛物线上的呢？ 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。 符合牛顿运动定律 不符合牛顿运动定律 惯性系 非惯性系 借助于这一实例可以清楚地知道不会有独立存在的路线；而只有相对于特定的参考物体的路线． 可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。 一、对牛顿运动定律受参考系限制的认识 二、经典力学受速度限制的分析 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。 牛顿力学的绝对时空观 　　绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着，它又可以名之日“延续性”。绝对的空间，就其本性而言，是与任何事物无关而永远是相同和不动的。――摘自《牛顿自然哲学著作选》 　　绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始终如一和静止不动的。　　 ——牛顿 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，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879──1955）发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，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。 科学家们发现，电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代量子力学的出现，才很好地揭示了微观世界的基本规律。 三.经典力学难以解释微观粒子的运动 四.强引力作用下出现的问题 牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在不断旋进，其实际观察值要比经典力学的预言值多。1915年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转，且已被观测证实。 根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”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，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。 狭义相对论的基本原理 1、相对性原理 不论用什么方法都找不到绝对参考系, 即根本不存在绝对参考系,一切惯性系都是平权的。 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。 Einstein 现代时空 的创始人 这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。 当两道闪电同时下击一条东西方向的铁轨时，对于坐在两道闪电正中间的铁轨旁的第一个观察者来说，两道闪电是同时发生的；但是对于坐在由西向东行驶的列车上正好经过第一个观察者的第二个观察者来说，两道闪电并不是同时下击的，因为第二