2020-2021学年6.经典力学的局限性说课课件ppt

这是一份2020-2021学年6.经典力学的局限性说课课件ppt，共32页。PPT课件主要包含了经典力学的发展过程，时间和空间是什么，普朗克创立量子力学等内容，欢迎下载使用。

第一部分包括：“定义和注释”和“运动的基本定理或定律”。这部分虽然篇幅不大，却极为重要。 第二部分是这些基本定律的作用，包括三篇：第一篇是研究万有引力的；第二篇是讨论介质对物体运动的影响；第三篇是“论宇宙系统” 。
亚里士多德：经验主义：必须有力作用在物体上物体才能运动
伽利略：理想实验（斜面）：物体保持运动不需要力维持
笛卡尔：如果运动中物体没受到力，将以同一速度沿以直线运动。
牛顿：牛顿定律（惯性定律，加速度定律，作用反作用定律）
第谷：20年精心观测数据
开普勒研究第谷数据得三个定律
牛顿解决椭圆并延伸到万物间有力
如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。
从地面上物体的运动到天体的运动，从现代的交通工具到人造卫星、宇宙飞船等，这些运动都需要服从经典力学的规律。
到19世纪末，发现了许多经典力学无法解释的现象。
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。根据牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运动。
由运动学公式可知：物体的速度v=at
推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此，常识告诉我们，物体运动速度是有极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超越这个速度。速度远小于光速时，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。
一、经典力学受速度限制的分析
根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置和速度。
1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879─1955）发表了狭义相对论。
Einstein 对相对论的解释:
当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时,你感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一分钟,就好象坐了一小时,这就是相对论。
两个位于中心的圆哪个大？
在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大
m0为物体静止时的质量m是物体速度为v时的质量c是真空中的光速
质量随速度增大而增大
这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间长度）及时间间隔的测量相联系。相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的，因而上式不能成立。
经典力学中速度叠加原理不再成立
当火车未动乘客行走时, 观察者认为乘客的速度为V2
当火车以V1运动, 乘客行走时, 观察者认为乘客的速度为V2+ V1
视频：通往未来的时间旅行
二、经典力学在分析宏观与微观的困难
根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置
经典力学难以解释微观粒子的运动: 科学家们发现,电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代量子力学的出现,才很好地揭示了微观世界的基本规律。
视频：普朗克创立量子力学
1.宏观世界粒子的运动特点：粒子具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置。2.微观粒子的运动特点：就单个粒子来说，其运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性。
宏观世界与微观世界的区别
经典力学(牛顿运动定律)在宏观世界中成立(适用),微观世界不适用。
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．
按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符．其实际观测值比经典力学的预言值多．经典力学的解释不能令人满意． 爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象．并且都被观测证实．
 我们有可能观测到太阳后面的恒星，最好的观测时间是发生日全食的时候．
1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实．
（1）牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大，对于半径接近于零质点的物体，其表面上的万有引力接近于无穷大.（2）爱因斯坦理论认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比二次方成反比规律增大得快，引力趋于无穷大发生在接近一个“引力半径”的时候.（3）只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大，但当天体的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，牛顿引力理论将不再适用.
牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异：
物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用
天体半径减小到一定程度时, 天体间的引力非常大 ，属于强引力。经典力学不再适用。
三、强引力作用下出现的问题
相对论、量子力学和经典力学的关系：
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
小结：经典力学的适用范围