高中物理人教版必修二6.6经典力学的局限性ppt课件

1、第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天经典力学的局限性经典力学的局限性自然和自然的法自然和自然的法那么在黑暗中隐那么在黑暗中隐藏；上帝说，让藏；上帝说，让牛顿去吧！于是牛顿去吧！于是一切都被照亮。一切都被照亮。魔鬼说，让爱因魔鬼说，让爱因斯坦去吧！于是斯坦去吧！于是一切又回到黑暗一切又回到黑暗中。中。力学力学热学热学光学光学经典物经典物理理声学声学电磁学电磁学一、经典物理模块分类：一、经典物理模块分类：17世纪前在察看世纪前在察看与哲学的猜测上与哲学的猜测上对天文、力、热、对天文、力、热、声、光有了一定声、光有了一定认识。认识。17世纪初世纪初19世纪末世纪末是经典物理学体系建是经典物理学

2、体系建立的关键时期立的关键时期静力学描画静止物体静力学描画静止物体运动学描画物体运动运动学描画物体运动动力学描画物体受力作动力学描画物体受力作 用下的运动用下的运动经典力学经典力学牛顿力学牛顿力学二、经典力学模块分类：牛顿牛顿万有引力定律万有引力定律变量数学微积分变量数学微积分牛顿三定律牛顿三定律三、牛顿主要奉献三、牛顿主要奉献阅历主义：必需有力作用在物体上物体才干运动阅历主义：必需有力作用在物体上物体才干运动理想实验斜面：物体坚持运动不需求力维持理想实验斜面：物体坚持运动不需求力维持假设运动中物体没遭到力。将以同一速度沿以直线运动。假设运动中物体没遭到力。将以同一速度沿以直线运动。牛顿定律惯

3、性定律，加速度定律，作用反作用定律牛顿定律惯性定律，加速度定律，作用反作用定律哥白尼：日心说哥白尼：日心说第谷：第谷：20年精心观测数据年精心观测数据开普勒研讨第谷数据得三个定律开普勒研讨第谷数据得三个定律胡克、哈雷进一步认识胡克、哈雷进一步认识牛顿处理椭圆并延伸到万物间有力牛顿处理椭圆并延伸到万物间有力哥白尼、亚里士多德哥白尼、亚里士多德牛顿所说：牛顿所说：“假设说我看得远，那是由于我站假设说我看得远，那是由于我站在巨人们的肩上。在巨人们的肩上。 经经典典力力学学金金字字塔塔的的建建立立 经典力学的根底是牛顿运动定律，万有引力经典力学的根底是牛顿运动定律，万有引力定律更确立了牛顿的位置，牛顿

4、运动定律和万有定律更确立了牛顿的位置，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的宽广领域，经引力定律在宏观、低速、弱引力的宽广领域，经受实际检验。著名物理学家杨振宁赞颂到：受实际检验。著名物理学家杨振宁赞颂到：“假假设一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生设一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿的标志，我选牛顿在在1687年出版的那天。年出版的那天。 第一部分包括：第一部分包括：“定义和注释和定义和注释和“运动的根本定理或定运动的根本定理或定律。这部分虽然篇幅不大，却极为重要。律。这部分虽然篇幅不大，却极为重要。 第二部分是这些根本定律的作用，包括三篇：第一篇是研第二

5、部分是这些根本定律的作用，包括三篇：第一篇是研讨万有引力的；第二篇是讨论介质对物体运动的影响；第三讨万有引力的；第二篇是讨论介质对物体运动的影响；第三篇是篇是“论宇宙系统论宇宙系统 。低速世界低速世界(经典力学经典力学)高速世界相对论高速世界相对论四、经典力学的姿态：四、经典力学的姿态：在宏观低速的世界：一切都理所当然？在宏观低速的世界：一切都理所当然？宏观物体低速运动远小于光速，经典力学完全适用。宏观物体低速运动远小于光速，经典力学完全适用。时间和空间没有联络，相互独立，与物体及其运动形状都没有关系。时间和空间没有联络，相互独立，与物体及其运动形状都没有关系。当一些问题当一些问题(如微观领域

6、的深化如微观领域的深化)牛顿解释不了时，它就只好用上帝的牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿破费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。万能来解释，为此牛顿破费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。物体的相关物理量位移、质量、大小等与物体的运动形状都无关。物体的相关物理量位移、质量、大小等与物体的运动形状都无关。例如：船在水中流，水速例如：船在水中流，水速2m/s，船相对，船相对于水顺流而下于水顺流而下1m/s，那么船相对于岸，那么船相对于岸3m/s.例如：空间如大房间，提供运动舞台，但例如：空间如大房间，提供运动舞台，但不干扰上演，独立于物体及其运动存在。不干扰上演，独立于物体及其运动

7、存在。例如：生活阅历：时间如长河，均匀流逝，例如：生活阅历：时间如长河，均匀流逝，任何都影响不了它，时间也是独立的。任何都影响不了它，时间也是独立的。所以：不论选什么参考系，不论物体怎样运动，物所以：不论选什么参考系，不论物体怎样运动，物体的位移、时间、长度、质量等等的丈量结果一定体的位移、时间、长度、质量等等的丈量结果一定是一样的，这是天经地义的。是一样的，这是天经地义的。静止看光速和与光速一同运动算得的光速不一样静止看光速和与光速一同运动算得的光速不一样,物体的速度甚至可以超越光速物体的速度甚至可以超越光速高速世界接近光速高速世界接近光速随着物体线性运动速度随着物体线性运动速度的加快，时间

8、会变慢。的加快，时间会变慢。将一个钟表留在地面上将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快，而携带另一个以很快速度挪动，随后进展比速度挪动，随后进展比较，地上的钟表总比快较，地上的钟表总比快速挪动的快。速挪动的快。物体以接近光线运转的物体以接近光线运转的火箭所表现出的长度会火箭所表现出的长度会比它静止时更短，虽然比它静止时更短，虽然乘坐火箭的人看来并没乘坐火箭的人看来并没有什么两样。爱因斯坦有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体以光速指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩运动时，其长度将会缩短为零。短为零。物体的质量随速度物体的质量随速度的增大而增大的增大而增大1905年，爱因斯坦提出，物体高速时

9、接近光速，物体所年，爱因斯坦提出，物体高速时接近光速，物体所占空间如长度，物理、化学过程，生命继续时间，都与占空间如长度，物理、化学过程，生命继续时间，都与运动形状有关，时空都与运动相关联了运动形状有关，时空都与运动相关联了-狭义相对论狭义相对论不论他处于什么样的物理形状，不论他处于什么样的物理形状，他手里做实验得到的结果应该都他手里做实验得到的结果应该都是一样的。是一样的。 不论他怎样运动，随意获得一束光来丈量速不论他怎样运动，随意获得一束光来丈量速度其结果应该都是一样的度其结果应该都是一样的 ，不能够超越光速。，不能够超越光速。无论他坐在飞驰的火车里还是静止的躺椅中，无论他坐在飞驰的火车里

10、还是静止的躺椅中，光速都坚持恒定，和他所处的运动形状无关。光速都坚持恒定，和他所处的运动形状无关。 四维空间：空间的三维和时间的一维，前后发生的两件四维空间：空间的三维和时间的一维，前后发生的两件事情之间不单有一定的间隔、也相差一定的时间。比如：事情之间不单有一定的间隔、也相差一定的时间。比如：在某个物体上放个日历，随着物体运动和日历的翻动就在某个物体上放个日历，随着物体运动和日历的翻动就能发现，该物体除了空间位置在变，其时间也是在不断能发现，该物体除了空间位置在变，其时间也是在不断流逝的。流逝的。狭狭义义相相对对论论 自然和自然的法那么在黑暗中隐藏；上帝说，让牛顿去吧！自然和自然的法那么在黑

11、暗中隐藏；上帝说，让牛顿去吧！于是一切都被照亮。魔鬼说，让爱因斯坦去吧！于是一切又回于是一切都被照亮。魔鬼说，让爱因斯坦去吧！于是一切又回到黑暗中。到黑暗中。 趣例：趣例：当他驾驶飞快的汽车经过一个门洞时，从他的角度来看这段间当他驾驶飞快的汽车经过一个门洞时，从他的角度来看这段间隔要比实践间隔短得多。这种情况在日常生活中经常被忽略不隔要比实践间隔短得多。这种情况在日常生活中经常被忽略不被留意是由于物体运动速度都很慢，长度收缩景象不明显。被留意是由于物体运动速度都很慢，长度收缩景象不明显。 屋子中有两盏灯，屋子中有两盏灯，A站在两盏灯中间，站在两盏灯中间，B以一定速度踩着滑板以一定速度踩着滑板向

12、一盏灯运动正好到达中间。当两灯同时翻开时向一盏灯运动正好到达中间。当两灯同时翻开时A看到的景看到的景象是两灯同时亮，而象是两灯同时亮，而B看到的却是面对他的那盏先亮，背对看到的却是面对他的那盏先亮，背对他的那盏后亮。他的那盏后亮。 他如今穿的是他如今穿的是25厘米的鞋，但在宇宙飞船上的人厘米的鞋，但在宇宙飞船上的人测得他穿的鞋的长度能够就只需测得他穿的鞋的长度能够就只需20厘米了。厘米了。 说船上的物体下落，从船上看是自在落体，从岸边说船上的物体下落，从船上看是自在落体，从岸边看就是平抛了看就是平抛了 爱因斯坦火车爱因斯坦火车:ABK系系中点中点ABK系系中点中点先到先到B点点再到再到A点点同

13、时到达同时到达A、B火车上的观测者说火车上的观测者说: :光源在光源在ABAB的中点的中点, ,应同时到达应同时到达A A、B B两点两点. .地面上的人看见先到达地面上的人看见先到达B B点，后到点，后到A A点。点。K系系DCK系系DC按照狭义相对论，不仅按照狭义相对论，不仅“同时是相对的，有时候，同时是相对的，有时候，甚至事情的先后也都是相对的。举一个例子，一节长甚至事情的先后也都是相对的。举一个例子，一节长为为10米的列车，米的列车，A在车后部，在车后部，B在车前部。当列车以在车前部。当列车以0.6c的高速度经过一个站台的时候的高速度经过一个站台的时候,忽然站台上的人看忽然站台上的人看

14、到到A先向先向B开枪开枪,过了过了12.5毫微秒毫微秒,B又向又向A发射。因此站发射。因此站台上的人作证：这场枪战是由台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过先开枪，过了了10毫微秒，毫微秒，A才动手。事件是由才动手。事件是由B发动的。发动的。究竟是谁先动手呢？没有绝对的答案。在这个详细事件究竟是谁先动手呢？没有绝对的答案。在这个详细事件中，谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，中，谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，B先先A后，后，而在车站参考系中那么是而在车站参考系中那么是A先先B后。

15、甚至于飞船上的人能后。甚至于飞船上的人能够会看到他先把苹果吃了，再看到苹果掉在了地上。够会看到他先把苹果吃了，再看到苹果掉在了地上。 不敢置信图中的横线是平行的，不过它就是平行的不敢置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！两个位于中心的圆哪个大？其实一样大的！ 1相对时间 狭义相对论以为时间不是绝对的即固定不变的。爱因斯坦指出，随着物体察看者所见到的运动速度的加快，时间会变慢。运用同步原子钟已证明了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度挪动如在喷气式飞机上，随后进展比较，静止的钟表总比另一个略微快一点。 时钟变慢.swf1相对时间

16、021ttvc 2相对长度相对长度 爱尔兰物理学家佛兹杰拉德爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(18511901)提出，物质会在运提出，物质会在运动的方向上收缩减少，这动的方向上收缩减少，这意味着根据一个静止察看者的意味着根据一个静止察看者的观念，一枚以接近光线运转的观念，一枚以接近光线运转的火箭所表现出的长度会比它静火箭所表现出的长度会比它静止时更短，虽然乘坐火箭的人止时更短，虽然乘坐火箭的人看来并没有什么两样。看来并没有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩以光速运动时，其长度将会缩短为零。短为零。2相对长度相对长度 201vLLc 3相对质量相对质量物体运

17、动时的质量与静止质量的关系021mmvc 五、从宏观到微观五、从宏观到微观19世纪末世纪末-20世纪初，深化到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子世纪初，深化到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有动摇性，很多情况下经典力学阐明不了。不仅具有粒子性，同时还具有动摇性，很多情况下经典力学阐明不了。爱因斯坦提出的光子的概念，以为光既是电磁爱因斯坦提出的光子的概念，以为光既是电磁波，又是一份一份传播的波，又是一份一份传播的 原子中的电子只能在分立的特定轨道上运动，只原子中的电子只能在分立的特定轨道上运动，只需从一个轨道腾跃到另一个轨道。中间不延续。需从一个轨道腾跃到另

18、一个轨道。中间不延续。 任何物体都具有动摇性，他坐在椅子上，他是任何物体都具有动摇性，他坐在椅子上，他是动摇的，有波长。动摇的，有波长。物体的位置是不确定的，只能用几率来反映。物体的位置是不确定的，只能用几率来反映。六，从弱引力到强引力六，从弱引力到强引力物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用天体半径减小到一定程度时天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为，地球的引力半径为1 m,如白矮星如白矮星)，天体间的引力就趋于无穷大，天体间的引力就趋于无穷大 ，强引力。黑洞这种极端条件，强引力。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，黑洞本身的宏大质量呵斥空间弯曲下的宇宙天体。它有极强的吸引力，黑洞本身的宏大质量呵斥空间弯曲光之所以会被黑洞吸进去光之所以会被黑洞吸进去,是由于黑洞引力大呵斥空间扭曲是由于黑洞引力大呵斥空间扭曲,光随著被扭曲的空间走而进去黑洞里光随著被扭曲的空间走而进去黑洞里,大家都知道光只走直大家都知道光只走直线线,所以光并不是被引力吸进去的所以光并不是被引力吸进去的,而是光还是走直线而是光还是走直线,但空间但空间扭曲而进到黑洞扭曲而进到黑洞,打个比如打个比如,在纸上画一条线在纸上画一条线,把那张纸扭曲把那张纸扭曲,但但展开后它还是一条线。这时候