1、6.6 经典力学局限性,经典力学体系：,经典物理学体系： 经典力学，热学、声学、光学、电磁学等。,1、伽利略发现： 惯性定律、 自由落体规律、 力学相对性原理。,2、第一次比较完整表述了惯性定律。,3、解决了完全弹性碰撞问题。,4、发现了行星运动规律。,5、牛顿创立了完整的经典力学；,一、经典力学的发展过程及伟大成就,自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展和完善，在科学研究和生产技术中有了广泛的应用。如：在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就；如：从地面物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种输送机械；从自
2、行车到汽车、火车、飞机等各种交通工其：从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船从而证明了牛顿运动定律的正确性；但是，经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这方面的知识,阿尔伯特爱因斯坦,直到爱因斯坦创立狭义相对论，才发现经典物理存在局限性.,二、从低速到高速：,这就需要有人创立新的理论。,1、牛顿的经典时空观（绝对时空观）认为：,（1）同时的绝对性,（2）时间间隔的绝对性,（3）空间距离的绝对性,例：超新星爆发的持续时间：,而实际是：2
3、年！？,时间t、长度L和质量m这三者都与参考系选取及物体运动速度v无关。,牛顿,2、爱因斯坦相对论时空观认为: 时间t、长度L和质量m这三者都与参考系选取及物体运动速度v有关。,（a）不同惯性参考系，物理规律相同,（1）、两条基本假设：,（b）任何惯性系，光速不变,（a）同时是相对的,（c）运动尺变短,（d）运动的物体质量会变大,（2）、狭义相对论结论：在物体速度大小接近光速时，会出现,（b）运动钟变慢,质量要随物体运动速度的增大而增大。,尺子要随物体运动速度的增大而变短。,式中m0、l0、t0是物体静止时的量，m、l、t是物体速度为v时的量，c是真空中的光速 。,相对的,绝对的（不变）,绝对
4、的,与运动无关，绝对的,与运动无关，不变的,相对的,与运动有关，相对的,随速度增加而增大,经典时空观与相对论时空观对比：,例如：(1)v08c时，物体的质量约增大到静止质量的17倍，这时经典力学就不再适用了(2)如地球以v30kms的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略不计，经典力学完全适用。,可见，当vc时，mm0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。,结论1：经典力学的适用范围：（1）只适用于宏观、低速运动物体，不适用于微观高速（接近光速）运动的物体；（2）只适用于弱引力情况，不适
5、用于强引力情况。,伦琴发现X射线,汤姆生发现电子,贝克勒耳发现 天然放射线,三、从宏观到微观,宏观领域,微观世界,直到普朗克创立量子力学,量子力学之父普朗克,理解：经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体；相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。 因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。,结论2： （1）对于高速运动（速度接近真空中的光速）：需要用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 （2）对于微观世界：需要用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。,四、从弱
6、引力到强引力,1、按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动轨道应该是一些椭圆或圆，而实际的天文观测，行星的运行轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进。,牛顿的万有引力定律不能完全解释。,2、 宇宙中有一些天体，例如白矮星，密度极大，这些天体表面的引力比我们常见的引力强的多，牛顿的引力理论已经不适用了。,理解：万有引力属于弱引力利用万有引力定律可以解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来,但是宇宙中有一些天体，例如白矮星，他们的质量接近太阳，半径却与地球差不多，因此密度高达1081010kg/m3;中子星的密度更是达1016 1019
7、kg/m3。这些天体表面的引力比我们常见的引力强的多，牛顿的引力理论已经不适用了。,结论3：,对于强引力情况，需要用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。,理解：根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候，这个引力半径的值由天体的质量决定。当天体的实际半径接近引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异急剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。,1、经典力学的适用范围：只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于
8、微观高速运动物体；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。 2、对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 3、对于微观世界，需要用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。 4、对于强引力情况，需要用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。,课堂小结：,检测题,1、有关科学家和涉及的事实，正确的说法是 A哥白尼创立了日心说B伽利略发现了行星运动规律C. 惠更斯解决了弹性碰撞问题D爱因斯坦提出了
9、量子论,( A C ),2、一列火车以速度v相对地面运动如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中正确的是 A火车上的人测得，闪光先到达前壁 B火车上的人测得，闪光先到达后壁 C火车上的人测得，闪光同时到达车厢的前壁 和后壁 D条件不足，无法确定,检测题,( A ),爱因斯坦火车:,同时到达A、B,火车上的观测者说:光源在AB的中点,应同时到达A、B两点,地面上的人看见先到达B点，后到A点。,注：灯泡位置是发光位置。,检测题,3、有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC 对于地面上的观察者来说，
10、则以下说法中正确的是A时钟A走得最慢 B时钟B走得最慢C时钟C走得最慢 D时钟C走得最快,( C ),检测题,4、如果有一支静止时长30 m的火箭，以光速的二分之一的速度从观察者的身边掠过，以下说法中正确的是 A地面上的观察者测得的火箭长为30 m B地面上的观察者测得的火箭长小于30 m C地面上的观察者测得的火箭长大于30 m D火箭上的观察者测得的火箭长为30 m,( BD ),检测题,5、有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确的是 A物体的质量与物体的运动速度无关B物体的质量随物体的运动速度增大而增大C物体的质量随物体的运动速度增大而减少D当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零,(
11、B ),按照狭义相对论，不仅“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，一节长为10米的列车，A在车后部，B在车前部。当列车以0.6c的高速度通过一个站台的时候,突然站台上的人看到A先向B开枪,过了12.5毫微秒,B又向A发射。因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过了10毫微秒，A才动手。事件是由B发动的。,到底是谁先动手呢？没有绝对的答案。在这个具体事件中，谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，B先A后，而在车站参考系中则是A先B后。,总结：经典力学的局限性一、从低速到高速- 经典力学只适用于低速运动物体；二、
12、从宏观到微观-经典力学只适用于宏观物体；三、从弱引力到强引力 -万有引力定律只适用于弱引力。,一、高速物体- 要用相对论力学处理；二、微观世界物体-要用量子力学解决；三、强引力 -要用广义相对论力学处理。,一、经典力学的广泛应用。 二、经典力学与狭义相对论 1、 物体的质量随物体的运行速度而变化 2、 物体运动的位移与时间与参考系的选择有关 3、 当物体的速度远小于光速C（3108 ）时两者结论是一致的。 三、经典力学与量子力学 微观粒子运动的波动性不能用经典力学来解释， 但量子力学能正确地描述微观粒子的运动规律。 四、经典力学与广义相对论 牛顿引力理论在强引力作用下不适用，只能用 广义相对论的引力场理论来解释强引力作用。 五、经典力学的适用范围 宏观、低速、弱力情况下适用 。,再见,
