6.6 经典力学的局限性

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1、高中新课标物理必修2第六章万有引力与航天经典力学的局限性提出问题：1、速度有无极限。2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。3、时间和空间是否是绝对一成不变的。4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么还要提出相对论。相对论是否全盘否定了牛顿的经典力学理论。古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬勃成长。科学巨匠N.哥白尼、第谷、J.开普勒、伽利略以及R.笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的层层罗网，不断取得胜利。牛顿──伟大的科学家，经典物理

2、学理论体系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和科学文化新变革的时代诞生的。17世纪牛顿力学构成了体系.可以说，这是物理学第一次伟大的综合.牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力.他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点.经典力学中的空间和时间力学的目的在于描述物体在空间中的位置如何随“时间”而改变．这里，“位置”和“空间”应如何理解是不清楚的．设一列火车正在匀速地行驶，我站在车厢窗口松手丢下（不是用力投掷）一块石头到路基上.那么，如果不计空气阻力的影响，我看见石头是沿直线落下的．从

3、人行道上观察这一举动的行人则看到石头是沿抛物线落到地面上的．现在问：石头所经过的各个“位置”是“的确”在一条直线上，还是在一条抛物线上的呢？借助于这一实例可以清楚地知道不会有独立存在的轨线（“路程——曲线”）；而只有相对于特定的参考物体的轨线．feiguanxingxi.swf一、对牛顿运动定律受参考系限制的认识可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。牛顿力学的绝对时空观绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关的流逝着。——牛顿绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始终如一和静止不动的。——牛顿二、经典力学受速度限制的分析伽

4、利略和牛顿的绝对时空观认为，同一物体运动的时间和长度（位移）在不同的参考系中，测量结果是相同的。“萨尔瓦阿弟”大船1632年,Galileo在“萨尔瓦阿蒂”大船上做过的实验：伽利略相对性原理:在彼此作匀速直线运动的惯性系中，一切力学现象都具有相同的规律。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。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化。牛顿的局限1)绝对时空观认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对的物理量。2)当一些问题

5、牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。三.狭义相对论的基本原理Einstein现代时空的创始人1、相对性原理这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。不论用什么方法都找不到绝对参照系,即根本不存在绝对参照系,一切惯性系都是平权的。同时的相对性1.swf同时的相对性2.swf一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描述物理规律都是等价的。或在所有惯性系中,物理规律都具有相同的形式。爱因斯坦火车:ABK’系中点ABK’系中点先到B点再到A点同时到达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

6、达B点，后到A点。K系DCK系DC1、相对时间狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢。使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。时钟变慢1.swf相对长度爱尔兰物理学家乔治·佛兹杰拉德（1851──1901）提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。爱因斯坦指

7、出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。长度收缩1.swf长度收缩2.swf相对质量物体运动时的质量与静止质量的关系2、光速不变原理对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播的光速都相同,且与光源的运动状态无关。即谁测真空中的光速都是c,与惯性系的选择及光源无关。例：宇宙飞船以20万km/s的速度飞行,人在飞船上向前发一束光,光在飞船中以光速c传播,地球上的人测得光速多大？Km/s按运动合成得:实际测得:Km/s1)爱因斯坦理论是牛顿理论的发展讨论一切物理规律力学规律2)光速不变原理适用的条件:A）惯性系；B）真空中(介质中的光速C=C/