6.6 經(jīng)典力學(xué)的局限性.ppt

1、高中新課標(biāo)物理必修2 第六章 萬有引力與航天,經(jīng)典力學(xué)的局限性,提出問題：,1、速度有無極限。,2、微觀粒子的行為與宏觀物體是否遵循相同的規(guī)律。,3、時間和空間是否是絕對一成不變的。,4、牛頓建立的經(jīng)典力學(xué)已相當(dāng)完善，愛因斯坦為什么還要提出相對論。相對論是否全盤否定了牛頓的經(jīng)典力學(xué)理論。,古希臘的燦爛文化在漫長的黑暗中世紀(jì)中埋沒風(fēng)塵，黯然失色。15世紀(jì)，文藝復(fù)興的大旗飄揚(yáng)在歐洲大陸上，自然科學(xué)獲得新的生命，蓬勃成長?？茖W(xué)巨匠N.哥白尼、第谷、J.開普勒、伽利略以及R.笛卡兒等先后馳名于歐洲。一場科學(xué)革命沖破了中世紀(jì)封建勢力和經(jīng)院哲學(xué)的層層羅網(wǎng)，不斷取得勝利。 牛頓偉大的科學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)理論體

2、系的建立者正是在歐洲出現(xiàn)政治、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化新變革的時代誕生的。,17 世紀(jì)牛頓力學(xué)構(gòu)成了體系 . 可以說，這是物理學(xué)第一次偉大的綜合 . 牛頓建立了兩個定律，一個是運(yùn)動定律，一個是萬有引力定律，并發(fā)展了變量數(shù)學(xué)微積分，具有解決實際問題的能力 . 他開拓了天體力學(xué)這一科學(xué)，海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)就充分顯示了這一點 .,經(jīng)典力學(xué)中的空間和時間 力學(xué)的目的在于描述物體在空間中的位置如何隨“時間”而改變 這里，“位置”和“空間”應(yīng)如何理解是不清楚的設(shè)一列火車正在勻速地行駛，我站在車廂窗口松手丟下（不是用力投擲）一塊石頭到路基上. 那么，如果不計空氣阻力的影響，我看見石頭是沿直線落下的從人行道上觀察這一

3、舉動的行人則看到石頭是沿拋物線落到地面上的現(xiàn)在問：石頭所經(jīng)過的各個“位置”是“的確”在一條直線上，還是在一條拋物線上的呢？,借助于這一實例可以清楚地知道不會有獨立存在的軌線（“路程曲線”）；而只有相對于特定的參考物體的軌線,feiguanxingxi.swf,一、對牛頓運(yùn)動定律受參考系限制的認(rèn)識,可見，在非慣性系中，牛頓定律不再成立。,牛頓力學(xué)的絕對時空觀 絕對的，真正的和數(shù)學(xué)的時間自己流逝著，并由于它的本性而均勻的與任何外界對象無關(guān)的流逝著。牛頓 絕對空間，就其本質(zhì)來說，獨立于外界任何事物，總是始終如一和靜止不動的。 牛頓,二、經(jīng)典力學(xué)受速度限制的分析,伽利略和牛頓的絕對時空觀認(rèn)為，同一物體

4、運(yùn)動的時間和長度（位移）在不同的參考系中，測量結(jié)果是相同的。,1632年,Galileo在“薩爾瓦阿蒂”大船上做過的實驗：,1905年，出生于德國的美籍物理學(xué)家阿爾伯特愛因斯坦（18791955）發(fā)表了狹義相對論。這個理論指出在宇宙中唯一不變的是光線在真空中的速度，其它任何事物速度、長度、質(zhì)量和經(jīng)過的時間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。,牛頓的局限 1)絕對時空觀 認(rèn)為時間與空間無關(guān)，時空與運(yùn)動無關(guān)，是絕對的物理量。 2)當(dāng)一些問題牛頓解釋不了時，它就只好用上帝的萬能來解釋，為此牛頓花費了后半生的心血，這正是牛頓的悲劇。,三.狹義相對論的基本原理,1、相對性原理,這意味著絕對時間、絕對

5、空間等都是錯誤的。,不論用什么方法都找不到絕對參照系, 即根本不存在絕對參照系,一切慣性系都是平權(quán)的。,同時的相對性1.swf,同時的相對性2.swf,一切彼此作勻速直線運(yùn)動的慣性系,對于描述物理規(guī)律都是等價的。或在所有慣性系中,物理規(guī)律都具有相同的形式。,愛因斯坦火車:,同時到達(dá)A、B,火車上的觀測者說:光源在AB的中點,應(yīng)同時到達(dá)A、B兩點,地面上的人看見先到達(dá)B點，后到A點。,1、相對時間 狹義相對論認(rèn)為時間不是絕對的（即固定不變的）。愛因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見到的）線性運(yùn)動速度的加快，時間會變慢。使用同步原子鐘已證實了這個結(jié)論的正確性，將一個鐘表留在地面上，而攜帶另一個以很快速

6、度移動（如在噴氣式飛機(jī)上），隨后進(jìn)行比較，靜止的鐘表總比另一個稍微快一點。,時鐘變慢1.swf,相對長度 愛爾蘭物理學(xué)家喬治佛茲杰拉德（18511901）提出，物質(zhì)會在運(yùn)動的方向上收縮（縮?。?，這意味著根據(jù)一個靜止觀察者的觀點，一枚以接近光線運(yùn)行的火箭所表現(xiàn)出的長度會比它靜止時更短，盡管乘坐火箭的人看來并沒有什么兩樣。愛因斯坦指出，任何物體以光速運(yùn)動時，其長度將會縮短為零。,長度收縮1.swf,長度收縮2.swf,相對質(zhì)量,物體運(yùn)動時的質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系,2、光速不變原理,對任何慣性系,在真空中沿任意方向傳播的光速都相同,且與光源的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。,即誰測真空中的光速都是c ,與慣性系的選擇及

7、光源無關(guān)。,例：宇宙飛船以20萬 km/s的速度飛行, 人在飛船上向前發(fā)一束 光, 光在飛船中以光速 c 傳播, 地球上的人測得光速多大？,Km/s,按運(yùn)動合成得:,1)愛因斯坦理論是牛頓理論的發(fā)展,2)光速不變原理適用的條件:,“照亮我的道路,并不斷給我新的勇氣去愉快地正視生活理想的是善、是美、是真”。,“人只有獻(xiàn)身社會,才能找出那實際上是短暫而又有風(fēng)險的生命的意義”!,他剖析自己的科學(xué)感受時說：,Einstein 對相對論的解釋:,當(dāng)你和一個漂亮姑娘在一起坐一小時,你感覺只坐了一分鐘,當(dāng)你坐在火爐旁一分鐘,就好象坐了一小時,這就是相對論。,“ 科學(xué)的頭腦就是去懷疑,去證實,去發(fā)現(xiàn)的精神!

8、”,相對論原稿,相對論好象是：“光彩奪目的火箭，它在黑暗的夜空，突然劃出一道道十分強(qiáng)烈的光輝，照亮了廣闊的未知領(lǐng)域。” 德布羅意,瞬間一別路漫漫，但覺未過光速關(guān)。鐘尺合須靜里用，云山偏向動中看。 時空相對非虛語，質(zhì)能并增豈等閑。權(quán)將電波傳信息，只緣相見難上難。,跨箭相期星際游，一別瞬息見三秋。 動境鐘尺多疑難，因果規(guī)律乃存留。質(zhì)能守恒驚人數(shù)，時空相對盡眼收。權(quán)將光波通信息，歸來尚須苦作舟。,愛因斯坦給后人的信 一天，愛因斯坦正在撰寫光電效應(yīng)定律的論文，美國總統(tǒng)羅斯福打來電話，讓他給年后的人們寫一封信。愛因斯坦笑了，說：“總統(tǒng)，您真會開玩笑，要我寫些什么呢？” 羅斯福非常鄭重地說：“把我們這個時

9、代人們的思想和科學(xué)的發(fā)展，告訴年后的人們，讓他們對我們有所了解?！薄斑@樣的信，即使寫了也沒法寄?。　睈垡蛩固拐f，“沒有這樣的郵差。” “這個，我考慮過?！绷_斯福成竹在胸，“有的。我們給他們做一個安全固定的信箱，年后，他們到那里去取就是了”愛因斯坦饒有興趣地點點頭說：“還是總統(tǒng)有辦法?！?羅斯福年任美國第屆總統(tǒng)，業(yè)績輝煌。他所以叫愛因斯坦給年后的人們寫信，要的是名人效應(yīng)。愛因斯坦是偉大的科學(xué)家，在物理學(xué)的許多方面做出了卓越的貢獻(xiàn)，特別是相對論，揭示了空間時間的辯證關(guān)系，無論在科學(xué)上還是在哲學(xué)上，都具有重要的歷史意義。,年月日，愛因斯坦寫了致后人書 “我們的時代富于創(chuàng)造思想。我們的發(fā)現(xiàn)本應(yīng)該可以大大地使我們的生活輕松愉快。我們利用電能橫渡大洋。我們使用電能來減輕人類的繁重的體力勞動。我們學(xué)會了飛行。我們利用電波很容易地把消息發(fā)到全球各地去?！?“但是，雖然有著這一切，我們的商品的生產(chǎn)和分配是完全無組織的，人們必須生活在憂慮中，擔(dān)心被人從經(jīng)濟(jì)生活中拋出，失去一切。除此之外，生活在不同國家中的人們每隔一個長短不等的時間就要進(jìn)行互相殺戮，因此，每一個想到未來的人必然都生活在經(jīng)常的憂慮中。” “我相信，我們的后人將懷著一種理所當(dāng)然的優(yōu)越感讀上面這幾行文字吧?！?愛因斯坦的這封給后人的信是用特制的墨水