1、第六章 万有引力与航天,6 经典力学的局限性,一、经典力学的发展历程,1. 伽利略 笛卡儿 2. 开普勒 3.胡克 哈雷 4.牛顿,1 、“天”“地”统一 2、学科交叉 3、对自然科学和科技的发展、社会进步具有深远影响,二、经典力学的伟大成就,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那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?,三、从低速到高速,例如：在一个无限大的光滑水平面上，有一质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动。,爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以接近光速运动所遵循的规律，得出了一些不同与经典力学的观念和结论。,1、在经典力学中，物体的质量
2、是不随运动状态改变的，而狭义相对论认为,物体的质量要随物体运动速度的增大而增大，即,质速关系,说明,m0为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速,特别提醒： 物体的质量是它的固有属性，是相对不变的这一结论成立的前提是物体做低速运动，在高速运动中物体的质量要随运动速度的增大而增大,2.经典力学中速度叠加原理不再成立设河流中的水相对于河岸的速度为 ,船相对于水的速度为 ,则在经典力学中，船相对于岸的速度为,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。,经典时空观与相对论时空观,一、经典时空观（绝对时空观
3、）,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,时间、长度和质量这三者都与参考系的 运动无关。,经典时空观与相对论时空观,二、相对论时空观,时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。,1. 两条基本假设： （1）不同惯性参考系，物理规律相同 （2）光速不变. 2. 狭义相对论结论： （1）同时是相对的 （2）动钟变慢 （3）动尺变短 （4）运动的物体质量变大,不敢相信图中的横线是平行的?,两个位于中心的圆哪个大？,Einstein 对相对论的解释:,四、从宏观到微观,19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，它们的运动规律不能用经典力学描述20
4、世纪20年代，普朗克建立了量子力学。量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科。经典力学不适用于微观粒子,相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?,相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界。,五、从弱引力到强引力,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 1019kg/m3。这些天体表面的引力比我们常见的引力强的多，牛顿的
5、引力理论已经不适用了。,1、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经典力学的解释令人满意吗?用什么理论来圆满地进行了解释?,当引力趋于无穷大时，被压缩天体半径接近的值“引力半径” 在太阳或行星的引力场中，由爱因斯坦和牛顿的理论计算出的力的差异并不很大但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大这就是说，在强引力的情况下，牛顿的万有引力理论将不再适用,2、何为天体的引力半径?,历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么?,历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的局部情形，被包括在新的科学成就中相对论和量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形.,以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什么?,总结,经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，经典力学只适用于宏观物体，不适用于微观粒子：经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题,
