《經(jīng)典力學(xué)局限性》PPT課件.ppt

《《經(jīng)典力學(xué)局限性》PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《經(jīng)典力學(xué)局限性》PPT課件.ppt（23頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運動定律，萬有引力定律更是樹立了人們對牛頓物理學(xué)的尊敬。,著名物理學(xué)家楊振寧曾贊頌到：“如果一定要舉出某個人、某一天作為近代科學(xué)誕生的標志，我選牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》在1687年出版的那一天?！?像一切科學(xué)一樣，它沒有也不會窮盡一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科學(xué)理論一樣，是一部“未完成的交響曲”．那么經(jīng)典力學(xué)在什么范圍內(nèi)適用呢?有怎樣的局限性呢?,一、從低速到高速,例如：在一個無限大的光滑水平面上，有一質(zhì)量為m的物體，在一個水平恒力F的作用下，從靜止開始運動。根據(jù)牛頓第二定律可知物體將以加速度a=F/m做勻加速直線運動。,由運動學(xué)公式可知：物體的速度v=at,推理：隨著時間的推移，物體的速度不斷增大，最終可使物體獲得任意速度。但事實并非如此。常識告訴我們，物體運動速度是有極限的，現(xiàn)在已知的最大速度是光速，且現(xiàn)在也無法使物體運動超越這個速度，這是經(jīng)典力學(xué)無法解答的。這是什么原因造成的呢？是否經(jīng)典力學(xué)的錯誤？,不敢相信圖中的橫線是平行的,不過它就是平行的,兩個位于中心的圓哪個大?其實一樣大的!,愛因斯坦在狹義相對論中闡述了物體以接近光速運動所遵循的規(guī)律，得出了一些不同與經(jīng)典力學(xué)的觀念和結(jié)論。,1、在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨運動狀態(tài)改變的，而狹義相對論認為：物體的質(zhì)量要隨物體運動速度的增大而增大，即,例如：(1)v＝0．8c時，物體的質(zhì)量約增大到靜止質(zhì)量的1．7倍，這時經(jīng)典力學(xué)就不再適用了． (2)如地球以v＝30km／s的速度繞太陽公轉(zhuǎn)時，它的質(zhì)量增大十分微小，可以忽略不計，經(jīng)典力學(xué)完全適用。,質(zhì)速關(guān)系,說明,m0為靜止質(zhì)量，m是物體速度為v時的質(zhì)量，c是真空中的光速,2、運動的物體和靜止的物體相比不僅質(zhì)量變了，而且沿運動方向的長度和時間都要變化，都具有相對性。,下面的事例可以幫助我們理解相對論,1971年8月的一天，一名前蘇聯(lián)飛行員例行飛行時，無意中“闖入”古埃及，他看到一座座金字塔剛剛奠起塔基…… 1982年一位北約飛行員在一次飛行訓(xùn)練中，視野里竟然出現(xiàn)了數(shù)百只恐龍，飛機竟然來到史前非洲大陸。 1970年一架272客機在飛向邁阿密國際機場的旅途中，也無故“失蹤”了10分鐘，10分鐘后，客機又在原來的地方出現(xiàn)。失蹤的一剎那，專家們的惟一的解釋是時間“靜止”不動了,1994年初，一架意大利客機在非洲海岸上空飛行。突然，客機從控制室的雷達屏幕上消失了。正當?shù)孛嫔系臋C場工作人員焦急萬分之際，客機又在原來的空域出現(xiàn)，雷達又追蹤到了客機的訊號。 最后，這架客機安全降落在意大利境內(nèi)的機場。然而，客機上的機組人員和315名乘客，并不知道他們曾經(jīng)“失蹤“過。 機長巴達里疑惑不解地說：“我們的班機由馬尼拉起飛后，一直都很平穩(wěn)，沒有任何意外發(fā)生，但控制室竟說失去班機的蹤影，實在有點不尋常?！?不過，事實卻不容爭辨：到達機場時，每個乘客的手表都慢了20分鐘。,時間和空間是什么？,時間和空間是什么？,,二、經(jīng)典力學(xué)受速度限制,牛頓力學(xué)的絕對時空觀: 伽利略和牛頓的絕對時空觀認為,同一物體運動的時間和長度(位移)在不同的參考系中,測量結(jié)果是相同的.,牛頓的局限 1)絕對時空觀 認為時間與空間無關(guān)，時空與運動無關(guān)，是絕對的物理量。 2)當一些問題牛頓解釋不了時，它就只好用上帝的萬能來解釋，為此牛頓花費了后半生的心血，這正是牛頓的悲劇。,1905年，愛因斯坦（1879─1955）發(fā)表了狹義相對論: 在宇宙中唯一不變的是光在真空中的速度，其它任何事物─速度、長度、質(zhì)量和經(jīng)過的時間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。,,光速不變原理,對任何慣性系,在真空中沿任意方向傳播的光速都相同,且與光源的運動狀態(tài)無關(guān)。,即誰測真空中的光速都是c ,與慣性系的選擇及光源無關(guān)。,例：宇宙飛船以20萬 km/s的速度飛行, 人在飛船上向前發(fā)一束 光, 光在飛船中以光速 c 傳播, 地球上的人測得光速多大？,Km/s,按運動合成得:,1)愛因斯坦理論是牛頓理論的發(fā)展,2)光速不變原理適用的條件:,,二、宏觀到微觀,19世紀末到20世紀初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，面且具有波動性，它們的運動規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)描述． 20世紀20年代，建立了量子力學(xué)，它能夠正確地描述微觀粒子運動的規(guī)律性，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用． 經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子．,普朗克創(chuàng)立量子力學(xué),相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，是否表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義?,相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，說明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，而不表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義．它只是使人們認識到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍： 只適用于低速運動，不適用于高速運動，只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。,討論與交流,三、從弱引力到強引力,萬有引力屬于弱引力．利用萬有引力定律可以解釋天體的運動，并預(yù)言和發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星，首次把天上的星體運動規(guī)律與地面物體的運動規(guī)律統(tǒng)一起來．,但是宇宙中有一些天體，例如白矮星，他們的質(zhì)量接近太陽，半徑卻與地球差不多，因此密度高達108～1010kg/m3;中子星的密度更是達1016～ 1019kg/m3。這些天體表面的引力比我們常見的引力強的多，牛頓的引力理論已經(jīng)不適用了。,按牛頓的萬有引力定律推算，行星的運動應(yīng)該是一些橢圓或圓，行星沿著這些橢圓或圓做周期性運動，與實際觀測結(jié)果不符．經(jīng)典力學(xué)也能作出一些解釋，但是，水星旋進的實際觀測值比經(jīng)典力學(xué)的預(yù)言值多．經(jīng)典力學(xué)的解釋不能令人滿意． 愛因斯坦根據(jù)廣義相對論計算出水星近日點的旋進還應(yīng)有43’的附加值，同時還預(yù)言了光線在經(jīng)過大質(zhì)量的星體附近時，如經(jīng)過太陽附近時會發(fā)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象．并且都被觀測證實．,討論與交流,1、實際的天文觀測，行星的運行軌道并不是嚴格閉合的，它們的近日點在不斷地旋進．經(jīng)典力學(xué)的解釋令人滿意嗎?用什么理論來圓滿地進行了解釋?,對于這樣的科學(xué)發(fā)展過程，英國劇作家蕭伯納曾詼諧地說： “科學(xué)總是從正確走向錯誤．” 這種調(diào)侃倒也不失為一種幽默的表述．,討論與交流,相對論和量子力學(xué)是哪一種更廣泛的理論的特殊情形呢？我們現(xiàn)在還不知道……”,討論與交流,以牛頓運動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么?,總結(jié),經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題，經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子：經(jīng)典力學(xué)只適用于解決弱引力問題，不能用來處理強引力問題．,謝謝,