6.6经典力学局限性.ppt

6 经典力学的局限性 经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。 著名物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。” 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“未完成的交响曲”．那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢? 一、从低速到高速 例如：在一个无限大的光滑水平面上，有一质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动。根据牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运动。 由运动学公式可知：物体的速度v=at 推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此。常识告诉我们，物体运动速度是有极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超越这个速度，这是经典力学无法解答的。这是什么原因造成的呢？是否经典力学的错误？ F m 不敢相信图中的横线是平行的,不过它就是平行的 两个位于中心的圆哪个大?其实一样大的! 爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以接近光速运动所遵循的规律，得出了一些不同与经典力学的观念和结论。 1、在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义相对论认为：物体的质量要随物体运动速度的增大而增大，即 例如：(1)v＝0．8c时，物体的质量约增大到静止质量的1．7倍，这时经典力学就不再适用了． (2)如地球以v＝30km／s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，经典力学完全适用。 质速关系 说明 m0为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速 2、运动的物体和静止的物体相比不仅质量变了，而且沿运动方向的长度和时间都要变化，都具有相对性。 下面的事例可以帮助我们理解相对论 1971年8月的一天，一名前苏联飞行员例行飞行时，无意中“闯入”古埃及，他看到一座座金字塔刚刚奠起塔基…… 1982年一位北约飞行员在一次飞行训练中，视野里竟然出现了数百只恐龙，飞机竟然来到史前非洲大陆。 1970年一架272客机在飞向迈阿密国际机场的旅途中，也无故“失踪”了10分钟，10分钟后，客机又在原来的地方出现。失踪的一刹那，专家们的惟一的解释是时间“静止”不动了 1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞行。突然，客机从控制室的雷达屏幕上消失了。正当地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来的空域出现，雷达又追踪到了客机的讯号。 最后，这架客机安全降落在意大利境内的机场。然而，客机上的机组人员和315名乘客，并不知道他们曾经失踪过。 机长巴达里疑惑不解地说：我们的班机由马尼拉起飞后，一直都很平稳，没有任何意外发生，但控制室竟说失去班机的踪影，实在有点不寻常。 不过，事实却不容争辨：到达机场时，每个乘客的手表都慢了20分钟。 时间和空间是什么？ 时间和空间是什么？ 二、经典力学受速度限制 牛顿力学的绝对时空观: 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，爱因斯坦（1879─1955）发表了狭义相对论: 在宇宙中唯一不变的是光在真空中的速度，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。 光速不变原理 对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播的光速都相同,且与光源的运动状态无关。 即谁测真空中的光速都是c ,与惯性系的选择及光源无关。 例：宇宙飞船以20万 km/s的速度飞行, 人在飞船上向前发一束 光, 光在飞船中以光速 c 传播, 地球上的人测得光速多大？ Km/s 按运动合成得: 实际测得: Km/s 1)爱因斯坦理论是牛顿理论的发展 讨论 一切物 理规律 力学规律 2)光速不变原理适用的条件: A）惯性系；B）真空中 (介质中的光速C = C/n) 二、宏观到微观 19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述． 20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技