4.7 牛顿定律的适用范围.ppt

* 问题引入 牛顿运动定律的适用范围 狭义相对论 量子力学 4.7 牛顿运动定律的适用范围 经典力学与相对论的关系 问题引入 17 世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学逐渐发展完善，在自然科学研究和工程技术得到了极为广泛的应用，并获得了辉煌的成就。 实验事实还表明，经典力学也不适用于微观粒子（电子、原子等）的运动。那么，牛顿定律的适用范围是什么呢？ 但是到了19 世纪末、20 世纪初，人们发现有些物理现象是跟经典力学相矛盾的。例如，经典力学认为物体的质量是固定不变的，可是实验发现，高速电子的质量随其速度的增大而增大。矛盾促进了物理学的发展，20世纪初，爱因斯坦创立了狭义相对论和广义相对论。 一、牛顿运动定律的适用范围 1. 牛顿运动定律适用于低速宏观物体的运动 通常所见及所用的物体，都属于宏观物体，如汽车、飞机、卫星等，这些物体的质量可以有很大的差别，但它们都可以被人们所看见，它们的速度也有很大的差别，但与光速相比，它们的运动又属于低速． 当我们乘坐的交通工具（如火车、汽车、轮船、飞机等）在加速、减速和转弯时，需要施加力才能使人保持对车的相对静止。如果以相对于地球运动的火车或汽车为参考系，能否用牛顿定律解释？ 2. 牛顿运动定律不是对任何参考系都适用 分析：当我们乘坐的火车、汽车在加速、减速和转弯时，需要施加力才能使人保持对车的相对静止。如果以地球为参考系，我们很容易用牛顿运动定律来解释。 但是，我们如果以相对于地球运动的火车或汽车为参考系，就不能用牛顿定律解释．因为人在火车、汽车在加速、减速和转弯时，施加了力，但人相对于火车、汽车来说又是静止的，没有加速度，这显然不能用牛顿运动定律解释清楚。 二、狭义相对论 在经典力学中，物体的质量是固定不变的，与运动状态无关。20世纪初，著名物理学家爱因斯担提出了狭义相对论，建立了相对论力学。 物体的质量m 要随物体的速度v 的增大而增大． 式中m 0 是物体静止质量，c 是光速。 当物体的速度接近光速时，其质量增大很多，例如，当v = 0.8 c 时，m≈1.7 m 0 。显然，这时经典力学不再适用。 19 世纪末到20 世纪初，人们深入研究了微观粒子的运动，如电子、质子、中子等微观粒子，发现这些微观粒子同时具有粒子性和波动性，在这个领域，经典力学不再适用．因此，通过深入研究，创立了量子力学。 三、量子力学 量子论主要是由普朗克、玻尔、薛定谔、海森伯等物理学家创立的。量子力学很好地总结了微观粒子（分子、原子、电子、质子、中子等）的运动规律。研究微观粒子的运动，必须用量子力学理论． *