《万有引力与航天》第六节：经典力学的局限性(共17张)

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1、经典力学的成就与局限经典力学的成就和局限性1、主要有哪些物理学家作出了哪些突出的贡献？2、经典力学有哪些局限性？经典力学的成就重大成就时间阿基米德发现浮力定律公元前三世纪开普勒发现行星运动定律1609，1619伽利略阐明了运动的相对性原理1632伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理1638帕斯卡发现帕斯卡原理1653马德堡半球实验、验证大气压力1663发现胡克定律——弹簧弹力和形变的关系1678牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐明了运动定律和万有引力定律1687一.经典力学的发展历程亚里士多德伽利略笛卡儿惠更斯牛

2、顿国别生活年代古希腊，约公元前384～公元前322年意大利，1564～1642年法国，1596～1650年荷兰，1629～1695年英国，1642～1727年主要的科学研究方法观察、思维、推理观察实验、假设、数学推理三者相结合实验观察、数学推理实验、数学推理归纳与演绎、综合与分析、实验观察等力学方面的主要成就两个反面的结论：①力是维持物体运动的原因。②重的物体比轻的物体下落得快。①自由落体运动规律②力学相对性原理惯性定律①制成了世界上第一架计时摆钟。②测量出重力加速度的值。①三大运动定律、②万有引力定律。经典力学的

3、局限性1、不能解决高速运动问题（接近光速）2、不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象一、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。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，这是经典力学无法解答的。这是什么原因

4、造成的呢？是否经典力学的错误？Fm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，即例如：(1)v＝0．8c时，物体的质量约增大到静止质量的1．7倍，这时经典力学就不再适用了．(2)如地球以v＝30km／s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。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2、运动的物

5、体和静止的物体相比不仅质量变了，而且沿运动方向的长度和时间都要变化，都具有相对性。二、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，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述．20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．经典力学一般不适用于微观粒子．普朗克创立量子力学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

6、：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。讨论与交流三、从弱引力到强引力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108～1010kg/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，牛顿的引力理论已经不适用了。以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什

7、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，一般不适用于微观粒子：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．一、经典时空观（绝对时空观）（1）同时的绝对性（2）时间间隔的绝对性（3）空间距离的绝对性经典时空观与相对论时空观时间、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:（1）同时是相对的（3）动尺变短（4）运动的物体质量变大（1）不同惯性参考系，物理规律相同1、两条基本假设：（2）任何惯性系，光速不变2、狭义相对论

8、结论：（2）动钟变慢时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。光速同时时间与空间质量经典时空观狭义相对论时空观相对的绝对的（不变）绝对的与运动无关，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