高中物理第六章万有引力与航天经典力学的局限性课件新人教版必修.ppt

1、古典力学的基础是牛顿运动的规律，万有引力的规律确立了人们对牛顿物理学的尊敬。 萩名物理学家杨振宁说：“一定要举某人，作为某日近代科学诞生的象征，选牛顿自然哲学的数学原理在1687年出版的那一天。 ”. 像所有的科学一样，它并非囊括所有的真理，它也有自己的局限性，像所有的科学理论一样，它是“未完成的交响曲”，古典力学在什么范围内适用有什么限制呢？ 另一方面，从低速到高速，例如无限大的平滑水平面上存在质量m的物体，在水平一定力f的作用下从静止开始运动。 从牛顿第二定律可知，物体以加速度a=F/m均匀加速直线运动。 从运动学公式可知，物体的速度v=at，推论：随着时间的经过物体的速度增大，最终能够在

2、物体上得到任意的速度。 但并非如此，根据常识，物体的运动速度是有限的，现在已知的最大速度是光速，而且现在还不能超过物体的运动速度。 这是古典力学解不开的。 这是什么原因造成的呢？ 有经典力学的错误吗？ 爱因斯坦用狭义相对论描述了物体在接近光速的运动中遵循的规律，得出了一些不同的古典力学观念和结论。 1、在古典力学中，物体的质量不随运动状态而变化，但在狭义的相对性理论中，物体的质量随着物体的运动速度的增大而增大，例如，(1)v08c时，物体的质量增大到静止质量的约17倍，此时，古典力学如(2)那样不再适用，质量速度的关系m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速，2，运动的物体与静止的物体相比，

3、不仅质量发生了变化，沿着运动方向的长度和时间也发生了变化，显示出了相对性。 下面的事例有助于理解相对论。 1971年8月的一天，前苏联飞行员定期飞行时，偶然“入侵”了古埃及。 他说金字塔在1982年的北约飞行员飞行训练中刚刚出现，视野中出现了数百条恐龙，飞机历史上来到了非洲大陆。 1970年有272架客机在飞往迈阿密国际机场的途中，无缘无故“失踪”了10分钟，10分钟后，客机又出现在了原来的地方。 在失踪的那一瞬间，专家们唯一的解释就是时间不再活动，时间和空间是什么？ 时间和空间是什么？ 二、从宏观到微观，从19世纪末到20世纪初，人们不断发现电子、质子、中子等微观粒子，它们不仅具有粒子性，而

4、且具有面和波动性，它们的运动规律不能用古典力学描述20世纪20年代，建立量子力学， 它能够准确地描述微粒运动的规律性，在现代科学技术中，相对论和量子力学的出现，表明人们对自然界的认识更为广泛和深入，并不表示经典力学失去了意义，而是使人们认识到经典力学有其适用范围：仅适用于低速运动，高速运动讨论和交流，三，从弱引力到强引力，万有引力可以利用弱引力定律来解释天体的运动，发现海王星和冥王星是预言，才统一了天上星体的运动规律和地上物体的运动规律，但宇宙中有白矮星，它们的质量接近太阳，半径与地球相同，因此密度达到1000的中子星这些天体表面的引力比我们常见的引力强得多，牛顿的引力理论已经行不通了。根据牛

5、顿的万有引力定律，行星的运动应该是椭圆和圆，行星沿着这些椭圆和圆进行周期性的运动，也可以解释为与实际观测结果不符的古典力学， 水星旋转的实际观测值比古典力学的预言值要多古典力学的解释不令人满意爱因斯坦根据广义相对论修正水星近日点的旋转有43个附加价值，并且预言光通过质量大的恒星附近时，通过太阳附近会发生偏转现象，进行观测那些近日点能不断地进行古典力学的解释而满意吗？ 用什么理论圆满地说明了？ 假设球形天体的质量不变，通过压缩其半径，天体表面的引力增加，半径减少到原来的二分之一，引力增加到原来的四倍。 这就是平常所说的“逆平方”法则。 根据爱因斯坦的重力理论，这种力量实际上增加得更快。 天体的半

6、径越小，这个差越大。 如果重力成为无限大，被压缩天体的半径接近的值重力半径就是太阳和行星的重力场，根据爱因斯坦和牛顿的理论计算出的力的差不是很大，但是如果当天的身体的实际半径接近重力半径，则该差急剧变大，对于这样的科学发展过程， 英国剧作家肖邦开玩笑说“科学总是正确的，所以是错误的”这种语调也是幽默的表现，讨论与交流、讨论与交流，3、历史上科学成就与新科学成就的关系是什么？ 历史上的科学成果并不被新的科学成果所否定，作为某种条件下的局部状况，包含在新的科学成果中：物体的速度远小于光速c(3X108ms )的情况下，相对论和古典理论的结论不能被区分的另一个重要常数“普朗克常数”h (663 x 10-) 可忽略不费时间的量子力学和古典力学的结论，不区分相对论和量子力学不否定过去的科学，过去的科学只认为自己是处于一定条件下的特殊情况，相对论和量子力学哪一个是更广泛的理论特殊情况。 我们还不知道”讨论和交流，基于牛顿运动定律的古典力学的适用范围是什么，经典力学只能适用于低速运动问题的解决，只能适用于高速运动问题的处理，经典力学只能适用于宏观物体