经典力学大厦的建立与发展

1、1 物理学导论物理学导论 2 一、一、“丈量丈量”物理的尺度物理的尺度 时间时间 空间空间 波长（频率波长（频率or能量）能量） 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 3 时间尺度： 1 1 年年 = 31536000 s= 31536000 s 1 1 月月 = 2592000 s= 2592000 s 1 1 日日 = 86400 s= 86400 s 1 1 小时小时 = 3600 s= 3600 s 1 1 分钟分钟 = 60 s= 60 s 1 1 秒秒 = 1 s= 1 s 1 1 毫秒毫秒 = 10= 10-3 -3 s s 1 1 微妙微妙 = 10= 10-6 -6 s s

2、1 1 钠秒钠秒 = 10= 10-9 -9 s s 1 1 皮秒皮秒 = 10= 10-12 -12 s s 1 1 飞秒飞秒 = 10= 10-15 -15 s s 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 4 位置位置-坐标坐标 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 5 空间尺度尺度 1 Terametre 垓垓 米米 = 1 Tm = 1012 metres 空空 1 Gigametre 京京 米米 = 1 Gm = 109 metres 1 Megametre 兆兆 米米 = 1 Mm = 106 metres 间间 1 Kilometre 千千 米米 = 1 km = 103 metr

3、es 1 Metre 米米 = 1 m = 1 metres 尺尺 1 Millimetre 毫毫 米米 = 1 mm = 10-3 metres 1 Micrometre 微微 米米 = 1 m = 10-6 metres 度度 1 Nanometre 纳纳 米米 = 1 nm = 10-9 metres 1 Picometre 皮皮 米米 = 1 pm = 10-12 metres 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 6 电磁波谱 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 7 二、力学的起源二、力学的起源 人类原始的人类原始的“梦梦” 追追“星星”- 探索太空探索太空 经典力学大厦的建立经典

4、力学大厦的建立 8 1 巨石阵（巨石阵（Stonehenge） 巨大的石建筑群位于一个空旷的巨大的石建筑群位于一个空旷的 原野上，占地大约原野上，占地大约11公顷，主要是由公顷，主要是由 许多整块的蓝砂岩组成，每块约重许多整块的蓝砂岩组成，每块约重50吨。吨。 巨石阵不仅在建筑学史上具有重要的地巨石阵不仅在建筑学史上具有重要的地 位，在天文学上也同样有着重大的意义：位，在天文学上也同样有着重大的意义： 它的主轴线、通往石柱的古道和它的主轴线、通往石柱的古道和夏至夏至日日 早晨初升的太阳，在同一条线上；另外，早晨初升的太阳，在同一条线上；另外， 其中还有两块石头的连线指向冬至日落的其中还有两块石

5、头的连线指向冬至日落的 方向。因此，人们猜测，这很可能是远古方向。因此，人们猜测，这很可能是远古 人类为观测天象而建造的，可以算是天文人类为观测天象而建造的，可以算是天文 台最早的雏形了。台最早的雏形了。 建立时间：公元前建立时间：公元前40002000年年 位置：位置： 英国伦敦西南英国伦敦西南120公里公里 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 9 2 哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜 1990年年4月月24日发射，是以天文学日发射，是以天文学 家家哈勃哈勃为名，环绕地球的为名，环绕地球的望远镜望远镜， 用于从紫外到近红外用于从紫外到近红外(1151 010nm) 探测宇宙目标。它是世界上最大

6、、图像探测宇宙目标。它是世界上最大、图像 最清晰的天文望远镜。他的位置在地球最清晰的天文望远镜。他的位置在地球 的的大气层大气层之上，因此获得了地基望远镜之上，因此获得了地基望远镜 所没有的好处所没有的好处影像不会受到大气湍影像不会受到大气湍 流的扰动，又没有大气散射造成的背景流的扰动，又没有大气散射造成的背景 光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 10 3 甚大望远镜（甚大望远镜（Very Large Telescope，缩写为，缩写为VLT） 甚大望远镜是欧洲南方天文台在智利建造的大型光学望远镜，由甚大望远镜是欧洲南

7、方天文台在智利建造的大型光学望远镜，由4 台相同的台相同的8.2米口径望远镜组成，组合的等效口径可达米口径望远镜组成，组合的等效口径可达16米。米。4台望远镜台望远镜 既可以单独使用，也可以组成光学干既可以单独使用，也可以组成光学干 涉仪进行高分辨率观测。涉仪进行高分辨率观测。 甚大望远镜位于智利安托法加斯甚大望远镜位于智利安托法加斯 塔以南塔以南130千米的帕瑞纳天文台，海拔千米的帕瑞纳天文台，海拔 高度为高度为2,632米，这里气候干燥，一年米，这里气候干燥，一年 当中晴夜数量多于当中晴夜数量多于340个。个。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 11 4 射电望远镜射电望远镜 1932

8、年央斯基（年央斯基（Jansky. K. G）用无线电天线探测到来自银河系中心（人马）用无线电天线探测到来自银河系中心（人马 座方向）的射电辐射，这标志着人类打开了在传统光学波段之外进行观测的第一座方向）的射电辐射，这标志着人类打开了在传统光学波段之外进行观测的第一 个窗口。个窗口。 第二次世界大战结束后，射电第二次世界大战结束后，射电 天文学脱颖而出，射电望远镜为射天文学脱颖而出，射电望远镜为射 电天文学的发展起了关键的作用，电天文学的发展起了关键的作用， 比如：六十年代天文学的四大发现，比如：六十年代天文学的四大发现， 类星体，脉冲星，星际分子和宇宙类星体，脉冲星，星际分子和宇宙 微波背景

9、辐射，都是用射电望远镜微波背景辐射，都是用射电望远镜 观测得到的。射电望远镜的每一次观测得到的。射电望远镜的每一次 长足的进步都会毫无例外地为射电长足的进步都会毫无例外地为射电 天文学的发展树立一个里程碑。天文学的发展树立一个里程碑。 位于波多黎哥的阿雷西博的大型射电望远镜位于波多黎哥的阿雷西博的大型射电望远镜 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 12 三、神学史、哲学史、科学史三、神学史、哲学史、科学史 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 托勒密托勒密 地心宇宙地心宇宙 哥白尼哥白尼 日心宇宙日心宇宙 第谷第谷 布拉赫布拉赫 开普勒开普勒 时代时代 伽利略伽利略 13 1. 古希腊理论：

10、地心宇宙古希腊理论：地心宇宙 至少在公元前至少在公元前3000年，人们就已经认识到恒星、太阳、月亮以及当时年，人们就已经认识到恒星、太阳、月亮以及当时 已知的五颗行星的运动方式是不同的。已知的五颗行星的运动方式是不同的。 古希腊人的宇宙结构古希腊人的宇宙结构 （1 1） 天体是围绕天体是围绕不动不动的地球旋转的；的地球旋转的； （2 2） 所有的恒星相互是步调一致的，每一个恒星都镶嵌在一个透所有的恒星相互是步调一致的，每一个恒星都镶嵌在一个透 明的明的球壳球壳内表面；内表面； （3 3） 七大天体对应的七个球壳每天都以七大天体对应的七个球壳每天都以不变的不变的（均匀的）速率绕（均匀的）速率绕

11、地球旋转，大致每天一圈；地球旋转，大致每天一圈； （4 4） 球壳以略微不同的速率绕着通过地球中心的球壳以略微不同的速率绕着通过地球中心的同一轴线同一轴线旋转。旋转。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 14 地心宇宙地心宇宙 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 15 问题：问题： （1 ） 透明球壳理论认为：每个行星绕着地球匀速运动。但细心观察表透明球壳理论认为：每个行星绕着地球匀速运动。但细心观察表 明：并非如此。如火星等。明：并非如此。如火星等。 （2 2） 行星在逆行期间比其它时间显的更明亮。行星在逆行期间比其它时间显的更明亮。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 16 修正一：

12、修正一： “本轮本轮”与与“均轮均轮” 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 修正二：修正二： 托勒密学说托勒密学说 托勒密（托勒密（Claudius Ptolemaeus 约约90-168），）， 古希腊天文学、古希腊天文学、 数学家、地理学家和地图学家。数学家、地理学家和地图学家。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 18 13世纪的西班牙国王阿方索十世曾评论：世纪的西班牙国王阿方索十世曾评论： 如果全能的主在着手创造万物之前先和我商量，如果全能的主在着手创造万物之前先和我商量， 我当提供更简单的方案。我当提供更简单的方案。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 19 2. 哥白尼理论哥

13、白尼理论日心宇宙日心宇宙 哥白尼哥白尼14731473年年2 2月月1919日出生于。日出生于。1818岁时就读于波兰旧都的克莱考大学，学习岁时就读于波兰旧都的克莱考大学，学习 医学期间对天文学产生了兴趣。医学期间对天文学产生了兴趣。 14961496年，年，2323岁的哥白尼来到意大利，攻读法律、岁的哥白尼来到意大利，攻读法律、 医学和神学，天文学家徳医学和神学，天文学家徳 诺瓦拉对哥白尼影响极大，诺瓦拉对哥白尼影响极大， 在他那里学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论。在他那里学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论。 后来在费拉拉大学获宗教法博士学位。哥白尼作为后来在费拉拉大学获宗教法博士

14、学位。哥白尼作为 一名医生，由于医术高明而被人们誉名为一名医生，由于医术高明而被人们誉名为“神医神医”。 尼古拉尼古拉哥白尼哥白尼 哥白尼成年的大部分时间是在费劳恩译格大教堂任职哥白尼成年的大部分时间是在费劳恩译格大教堂任职 1473.2.191473.2.19 当一名教士。哥白尼并不是一位职业天文学家，他的当一名教士。哥白尼并不是一位职业天文学家，他的 1543.5.241543.5.24 成名巨著是在业余时间完成的。成名巨著是在业余时间完成的。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 20 对对“地心宇宙论地心宇宙论”产生怀疑的原因产生怀疑的原因 * 通过观察，发现托勒密模型的预告有时很不准

15、确，如：通过观察，发现托勒密模型的预告有时很不准确，如：1504年是木星年是木星 和土星在太空中最接近的一年，但两者相会的日期观测结果比模型和土星在太空中最接近的一年，但两者相会的日期观测结果比模型 预告日期差了十天；预告日期差了十天； * 托勒密模型对环绕地球运动的太阳和其他五颗行星（金、木、水、火托勒密模型对环绕地球运动的太阳和其他五颗行星（金、木、水、火 、土星）运动的描述非常繁琐和复杂，太牵强和不自然（不美）；、土星）运动的描述非常繁琐和复杂，太牵强和不自然（不美）； * 哥白尼深受柏拉图哲学影响，高度赞美太阳。同时也发现，如果把太哥白尼深受柏拉图哲学影响，高度赞美太阳。同时也发现，如

16、果把太 阳作为宇宙中心，一切都会变得简单、清晰。阳作为宇宙中心，一切都会变得简单、清晰。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 21 “日心宇宙日心宇宙”模型模型要点：要点： 地球和其它所有行星都绕太阳作地球和其它所有行星都绕太阳作 匀速圆周运动；匀速圆周运动； 地球绕其轴心运转（自转）；地球绕其轴心运转（自转）； 月亮绕地球运转。月亮绕地球运转。 1512年前后，哥白尼年前后，哥白尼 把他的把他的“太阳中心学说太阳中心学说” 写出了一个提纲，写出了一个提纲， 1543 年年4月在他逝世前发表。月在他逝世前发表。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 22 贡献：贡献： 观测计算所得数值的精确

17、度是惊人的。观测计算所得数值的精确度是惊人的。 他得到恒星年的时间为他得到恒星年的时间为365天天6小时小时9分分40秒，比现在的秒，比现在的 精确值约多精确值约多30秒，误差只有百万分之一；秒，误差只有百万分之一； 他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍，倍， 和现在的和现在的60.27倍相比，误差只有万分之五。倍相比，误差只有万分之五。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 23 3. 开普勒理论开普勒理论以太阳为焦点的宇宙以太阳为焦点的宇宙 （1） 第谷第谷布拉赫布拉赫 15461546年年1212月月1414日日生于丹麦，出身贵族，

18、生于丹麦，出身贵族，1414岁入哥本哈根大学。岁入哥本哈根大学。 第谷从小迷恋天文观测，终身致力于天文仪器制造和天文研究。他一生积累第谷从小迷恋天文观测，终身致力于天文仪器制造和天文研究。他一生积累 的观察数据和资料，对后来的著名天文学家开普勒有极大帮助。的观察数据和资料，对后来的著名天文学家开普勒有极大帮助。 15761576年年2 2月，丹麦国王将丹麦海峡中的汶风岛赐给第谷，并拨巨款让第谷在月，丹麦国王将丹麦海峡中的汶风岛赐给第谷，并拨巨款让第谷在 岛上修建大型天文台。这座天文台被誉为岛上修建大型天文台。这座天文台被誉为“天堡天堡”，它规模宏大，设备齐全，它规模宏大，设备齐全， 所用的天文

19、仪器几乎都是第谷设计制造的。他测定了大气折射改正表，为后人所用的天文仪器几乎都是第谷设计制造的。他测定了大气折射改正表，为后人 的观测活动提供了很好的参照。第谷通过重新测定恒星的位置，编制成比以往的观测活动提供了很好的参照。第谷通过重新测定恒星的位置，编制成比以往 更准确的更准确的10001000多颗恒星的星表。多颗恒星的星表。16011601年年1010月月2424日，第谷辞世。日，第谷辞世。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 24 （2 ）用数学总结天体运行规律的第一人）用数学总结天体运行规律的第一人-开普勒开普勒（Johannes Kepler） 继承哥白尼事业之功、揭开行星运动之谜

20、的是不朽的德国天文学家约翰继承哥白尼事业之功、揭开行星运动之谜的是不朽的德国天文学家约翰开普开普 勒。公元勒。公元1571年公元年公元1630年年11月月15日。日。 开普勒出生在德国，从学校毕业后，进入新教的神学院开普勒出生在德国，从学校毕业后，进入新教的神学院杜宾根大学攻读，杜宾根大学攻读， 本想将来当个神学者，但却对数学和天文学发生浓厚兴趣和爱好。后来本想将来当个神学者，但却对数学和天文学发生浓厚兴趣和爱好。后来天文学家天文学家 第谷第谷布拉赫邀请他去布拉格附近的天文台给自己当助手。开普勒接受了这一邀布拉赫邀请他去布拉格附近的天文台给自己当助手。开普勒接受了这一邀 请，请，1600160

21、0年年1 1月加入了月加入了第谷第谷的行列。的行列。 第谷第谷翌年去世。作为翌年去世。作为第谷第谷布拉赫的接班人，开普勒认真布拉赫的接班人，开普勒认真 地研究了地研究了第谷第谷多年对行星进行仔细观察所做的大量记录。多年对行星进行仔细观察所做的大量记录。第谷第谷 是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家，也是世界上前是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家，也是世界上前 所未有的最仔细、最准确的观察家，因此他的记录具有十分重所未有的最仔细、最准确的观察家，因此他的记录具有十分重 大的价值。开普勒认为通过对大的价值。开普勒认为通过对第谷第谷的记录做仔细的数学分析可的记录做仔细的数学分析可 以确定哪

22、个行星运动学说是正确的：哥白尼日心说，古老的托以确定哪个行星运动学说是正确的：哥白尼日心说，古老的托 勒密地心说，或许是勒密地心说，或许是第谷第谷本人提出的第三种学说。但是经过多本人提出的第三种学说。但是经过多 年煞费苦心的数学计算，开普勒发现年煞费苦心的数学计算，开普勒发现第谷第谷的观察与这种三学说的观察与这种三学说 都不符合。都不符合。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 25 开普勒遇到的问题：开普勒遇到的问题： （1 1） 精确度问题精确度问题 第谷用了第谷用了2020年时间，得到了太阳、月亮和行星位置的精确数据（观年时间，得到了太阳、月亮和行星位置的精确数据（观 测结果），但无论用

23、托勒密理论还是用哥白尼理论解释，都相差几弧测结果），但无论用托勒密理论还是用哥白尼理论解释，都相差几弧 分。分。 （2 2）金星的金星的“满盈满盈”相问题相问题 按本轮理论，无满盈相；按本轮理论，无满盈相； 实际观测结果，有满盈相。实际观测结果，有满盈相。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 开普勒的贡献：开普勒的贡献： 1. 1. 椭圆定律：每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上。椭圆定律：每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上。 2. 2. 等面积定律：在行星与太阳间作一直线，则此直线在行星运动时于等面积定律：在行星与太阳间作一直线，则此直线在行星运动时于 相同时间内扫过相等

24、的面积。相同时间内扫过相等的面积。（1609年发表于他的年发表于他的新天文学新天文学） 3. 3. 行星运动周期行星运动周期 T T 的平方正比于行星与太阳平均距离的平方正比于行星与太阳平均距离 R R 的三次方。的三次方。 （16191619年发表于他的年发表于他的世界的和谐世界的和谐） 32 kRT 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 四、伽利略和近代力学的诞生四、伽利略和近代力学的诞生 伽利略伽利略伽利雷（伽利雷（Galileo Galilei，1564-1642），意大利著名数学家、物），意大利著名数学家、物 理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。理学家、天文学家和哲学家，

25、近代实验科学的先驱者。 1590年，伽利略在比萨斜塔上做了年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个球同时落地两个球同时落地”的著名实验，从的著名实验，从 此推翻了亚里士多德此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例物体下落速度和重量成比例”的的 学说，纠正了这个持续了学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误年之久的错误 结论。结论。 1609年，伽利略创制了天文望远镜年，伽利略创制了天文望远镜 （后被称为伽利略望远镜），并用来观测天（后被称为伽利略望远镜），并用来观测天 体，他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手体，他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手 绘制了第一幅月面图。绘制了第一幅月面图。 经典力学

26、大厦的建立经典力学大厦的建立 伽利略贡献之一：坚持真理，支持哥白尼学说伽利略贡献之一：坚持真理，支持哥白尼学说 1610年年1月月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确 凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后 发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象，以及银发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象，以及银 河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天

27、文学的新时代。 伽利略著有伽利略著有星际使者星际使者关于太阳黑子的书信关于太阳黑子的书信关于关于托勒密托勒密和哥白和哥白 尼两大世界体系的对话尼两大世界体系的对话和和关于两门新科学的谈话和数学证明关于两门新科学的谈话和数学证明。 为了纪念伽利略的功绩，人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为了纪念伽利略的功绩，人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名 为伽利略卫星。为伽利略卫星。 人们争相传颂：人们争相传颂：“哥伦布哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 伽利略贡献之二：提出落体定律和惯性运动概念伽利略贡献之二：提出落

28、体定律和惯性运动概念 1 21 2 atv 2 2 1 ats 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 3 3 小球的加速度与小球重量无关。力不是产生速度的原因。小球的加速度与小球重量无关。力不是产生速度的原因。 一个不受外力作用的物体将保持它的匀速运动状态。一个不受外力作用的物体将保持它的匀速运动状态。 推论：如果把左边的斜面竖起来，情况如何？推论：如果把左边的斜面竖起来，情况如何？ 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 伽利略贡献之三：对科学方法的贡献伽利略贡献之三：对科学方法的贡献 爱因斯坦：爱因斯坦： 伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类

29、思 想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开 端。端。 -物理学的进化物理学的进化 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 五、牛顿和经典力学的成熟五、牛顿和经典力学的成熟 亚历山大亚历山大蒲柏蒲柏 说到说到: : Nature and Natures laws lay hid in night; God said, let Newton be! and all was light. Soon，everything returned back to the dark as All be there 自然和自然的法则在黑夜中隐藏；自然和自然的

30、法则在黑夜中隐藏； 上帝说，上帝说，“让牛顿去吧！让牛顿去吧！”于是一切都被照亮于是一切都被照亮 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 艾萨克艾萨克牛顿简介牛顿简介 艾萨克艾萨克牛顿，牛顿，Isaac newton(1643.1.4 1727.3.20)Isaac newton(1643.1.4 1727.3.20)是是英国英国伟大的伟大的数数 学学家、家、物理物理学家、学家、天文天文学家和自然学家和自然哲学哲学家，同时他也是一个神学爱好者，晚家，同时他也是一个神学爱好者，晚 年曾着力研究神学。年曾着力研究神学。16431643年年1 1月月4 4日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索日生于英

31、格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索 普村普村,1727,1727年年3 3月月2020日在日在伦敦伦敦病逝。病逝。 牛顿牛顿16611661年入英国年入英国剑桥大学剑桥大学圣三一学院，圣三一学院，16651665年获文学士学位。随后两年获文学士学位。随后两 年在家乡躲避瘟疫。这两年里，他制定了一生大多数重要科学创造的蓝图。年在家乡躲避瘟疫。这两年里，他制定了一生大多数重要科学创造的蓝图。 16671667年回剑桥后当选为年回剑桥后当选为圣圣三三一学院一学院院委，次年获硕士学位。院委，次年获硕士学位。16691669年任卢卡斯年任卢卡斯 教授直到教授直到17011701年。年。16961696年任皇

32、家造币厂监督，并移居伦敦。年任皇家造币厂监督，并移居伦敦。17031703年任英国皇年任英国皇 家学会会长。家学会会长。17061706年受女王安娜封爵。他晚年潜心于年受女王安娜封爵。他晚年潜心于自然哲学自然哲学与与神学神学。 牛顿在科学上最卓越的贡献是创建了牛顿在科学上最卓越的贡献是创建了微积分微积分和和经典力学经典力学。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 牛顿成就之一：牛顿成就之一： 力：使物体加速的原因力：使物体加速的原因 牛顿第一定律（惯性定律）：牛顿第一定律（惯性定律）： 一切物体在不受任何外力的作用下，总保持一切物体在不受任何外力的作用下，

33、总保持匀速直线运动状匀速直线运动状 态态或或静止静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 它明确了力和运动的关系及提出了惯性的概念它明确了力和运动的关系及提出了惯性的概念 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 牛顿成就之二：把力和加速度联系起来牛顿成就之二：把力和加速度联系起来 牛顿第二定律：牛顿第二定律： 物体的加速度跟物体所受的物体的加速度跟物体所受的合外力合外力 F F 成正比，跟物体的成正比，跟物体的质质 量量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 公式：公式： amF dt vmd F )( 经典力

34、学大厦的建立经典力学大厦的建立 牛顿成就之三：作用力与反作用力定律牛顿成就之三：作用力与反作用力定律 每个力都是两个物体之间的相互作用。因此力一定成对出现：只要一物每个力都是两个物体之间的相互作用。因此力一定成对出现：只要一物 体施力于第二个物体，第二个物体就施力于第一个物体，而且这两个力大小体施力于第二个物体，第二个物体就施力于第一个物体，而且这两个力大小 相等，方向相反。相等，方向相反。 牛顿第三定律牛顿第三定律： 两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向 相反。相反。 为什么我们只看到为什么我们只看到 苹

35、果下落，未见地苹果下落，未见地 球上升呢？球上升呢？ 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 牛顿成就之四：万有引力牛顿成就之四：万有引力 牛顿晚年的描述：牛顿晚年的描述： 当他在自家农场期间，看到一个苹果从树上落下，而他同时又能在天上当他在自家农场期间，看到一个苹果从树上落下，而他同时又能在天上 看到月亮时，他产生了万有引力的定律的概念。看到月亮时，他产生了万有引力的定律的概念。 当每一个人都看到月亮不往当每一个人都看到月亮不往 下掉时，只有牛顿才看到月亮下掉时，只有牛顿才看到月亮 正在往下掉。正在往下掉。 - 瓦莱里，法国诗人和哲学家瓦莱里，法国诗人和哲学家 经典力学大厦的建立经典力学大厦的

36、建立 亚里斯多德说：亚里斯多德说： 使月亮做圆周运动不需要力，因为这是它的自然运动。使月亮做圆周运动不需要力，因为这是它的自然运动。 惯性观点认为：惯性观点认为： 为了使月亮偏离直线运动，必须有一个力作用于它。为了使月亮偏离直线运动，必须有一个力作用于它。 月亮为什么不掉下来？月亮为什么不掉下来？ 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 牛顿的论据：牛顿的论据： 在地球上抛苹果在地球上抛苹果 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 万有引力表现形式：万有引力表现形式： 与质量的相关性：与质量的相关性： 观点：观点：两个物体之间的引力随着每个物体质量的增大一定也增大。两个物体之间的引力随着每个物体质

37、量的增大一定也增大。 理由：理由：苹果质量越大，重量也越大；如果把一个苹果换成两个粘在一起的苹苹果质量越大，重量也越大；如果把一个苹果换成两个粘在一起的苹 果而使其质量加倍，其重量也加倍。果而使其质量加倍，其重量也加倍。 与距离的相关性：与距离的相关性： 已知：地球与月亮的距离是地球半径的已知：地球与月亮的距离是地球半径的 60倍，月亮绕地球一周需倍，月亮绕地球一周需27天天. 所以：月亮绕地球圆周运动的加速度是所以：月亮绕地球圆周运动的加速度是 0.0027 m / s2 相当于地面物体下降时加速度相当于地面物体下降时加速度9.8 m / s2 的 的1/3600倍倍，即即 1 / 602

38、经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 结论：结论： 推论：推论：在地球上摘朵花，你就移动了最远的星球！在地球上摘朵花，你就移动了最远的星球！ - 狄拉克（物理学家）狄拉克（物理学家） 2 21 R mm GF 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 23-11 skgm 106.754G 卡文迪许扭称实验被评为十大卡文迪许扭称实验被评为十大 最优美物理实验。最优美物理实验。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 六、经典力学大厦六、经典力学大厦 1. 什么是经典力学？什么是经典力学？ 经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等

39、价的其他 力学原理，它是力学原理，它是20世纪以前的力学。世纪以前的力学。 牛顿在前人研究和实践的基础上，经过长期的实验观测、数学计算和深牛顿在前人研究和实践的基础上，经过长期的实验观测、数学计算和深 入思考，提出了力学三大定律和万有引力定律，把天体力学和地球上物体的入思考，提出了力学三大定律和万有引力定律，把天体力学和地球上物体的 力学统一起来，建立了系统的经典力学理论。力学统一起来，建立了系统的经典力学理论。 2. 两个基本假定：两个基本假定： （1）假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无）假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无 关，物质间相互作

40、用的传递是瞬时到达的；关，物质间相互作用的传递是瞬时到达的； （2）一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。）一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。 经典力学大厦的建立经典力学大厦的建立 3. 经典力学内容经典力学内容 牛顿第一定律牛顿第一定律 牛顿第二定律牛顿第二定律 牛顿第三定律牛顿第三定律 万有引力定律万有引力定律 力学量力学量单位单位 位移位移m 速度速度m s-1 加速度加速度m s-2 转动惯量转动惯量kg m2 动量动量kg m s-1 角动量角动量kg m2 s-1 力力kg m s-2 力矩力矩kg m2 s-2 能量能量kg m2 s-2 功率功率kg m2 s-3 压力压力kg m-1 s-2 表面张力表面张力kg s-2 辐照度辐照度kg s-3 动粘