技术物理上册（第三版）2-7 牛顿力学的适用范围 狭义相对论学习课件

2–7牛顿力学的适用范围

狭义相对论简介现象与思考牛顿力学的适用范围狭义相对论简介现象与思考

本章我们学习了牛顿三大定律，这三大定律总称为牛顿运动定律，是力学的基本定律。以牛顿运动定律为基础的力学称为牛顿力学或者经典力学。

牛顿力学出现后，人民对它的精确和完美赞不绝口。后来发现，在研究微观粒子运动规律时，在解决接近光速的高速运动问题时，牛顿力学受到了挑战：不仅谈不上完美，甚至会出现矛盾。

人们会问：牛顿力学怎么了？其实，牛顿力学并没有出问题，问题是牛顿力学有一定的适用范围，它的应用是受到限制的。

那么牛顿力学在那些范围内适用？在那些范围内受到限制呢？1.17世纪以来，牛顿力学不断发展，在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。

一、牛顿力学的适用范围

例如，牛顿力学与天文学相结合，建立了天体力学；牛顿力学与工程实际相结合，建立了各种应用力学，如水力学、材料力学及结构力学等等。

从行星的运动到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动；从抛出石块到发射导弹、卫星和航天飞机；从设计各种机械到筑坝，以及建造桥梁和高楼大厦等，所有这些都服从牛顿力学的规律。

2.自从

19

世纪末发现电子后，人们开始探索物质世界的微观领域：

研究发现，原子内部的微观粒子，不仅具有粒子性，还具有波动性。

经典力学在微观领域中不能完全适用，而需要用量子力学来处理。

分子、原子、电子、中子及质子等。

近代科学研究表明，高速运动(运动速度接近于光速)的物体，其质量将随着它的运动速度而变化，且比在静止时的质量要大，越接近光速，质量越大。

经典力学不能解释这类问题，而需要用相对论力学来处理。

3.牛顿定律的适用范围。

以牛顿运动定律为基础的经典力学适用于研究宏观物体的低速运动问题，不适用于研究高速物体的运动问题和微观粒子的运动问题。这就是牛顿定律的适用范围。

二、狭义相对论简介

1.20

世纪初，著名的物理学家爱因斯坦提出了狭义相对论

。爱因斯坦

1.狭义相对论简介

相对论认为：物体在高速运动时，它的长度随物体运动的速度增加而收缩；时间随物体运动速度增大而延缓；物体的质量也不是固定不变的，而是随着物体运动速度的增大而增大。

如，设m0为物体静止时的质量，那么物体以速度v运动时，它的质量可表示为讨论

（1）当物体运动的速度

v远小于光速

c时，

<<1，可以认为物体的质量没有发生改变，仍等于它的静止质量，牛顿力学仍然适用。

（2）当物体运动速度接近光速时，质量就越来越大。例如：v=0.8c时，=0.64，m≈1.7m0；v=0.95c时，≈0.9，m=3.1m0，这时牛顿力学就不再适用了。可见牛顿力学是相对论力学在低速情况下的近似。2.了解广义相对论及其与狭义相对论的区别

广义相对论认为，引力是由空间——时间几何（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量。它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释。

狭义相对论和广义相对的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。3.爱因斯坦质能关系方程

在爱因斯坦的狭义相对论中，最有意义的结论之一便是质能关系。

设运动粒子的总能量的改变量为

△E，质量的改变量为

△m，则

△E与

△m之间的关系为

△E=△mc这就是著名的爱因斯坦质能关系方程。

在放射性蜕变、原子核反应以及高能粒子实验中，无数事实都证明了上式所表示的质量。能量关系的正确性，原子能时代就是随同这一关系的发现而到来的。练习

1.20

世纪初，著名的物理学家

提出了狭义相对论。爱因斯坦