物理②必修6.6《经典力学的局限性》省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,经典力学不足,6,第1页,第2页,经典力学,基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学尊敬。,著名物理学家杨振宁曾赞颂到,：,“,假如一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生标志，我选牛顿,自然哲学数学原理,在,1687,年出版那一天。,”,第3页,像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己不足它像一切科学理论一样，是一部,“,未完成交响曲,”,那么经典力学在什么范围内适用呢,?,有怎样不足呢,第4页,一、从低速到高速,比如：在一个无限大光滑水平面上，有一质量为,m,物体，在一个水平恒力,F,作用下，从静止开始运动。依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：物体速度,v=at,推理：伴随时间推移，物体速度不停增大，最终可使物体取得任意速度。但事实并非如此。常识告诉我们，物体运动速度是有极限，现在已知最大速度是光速，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。这是什么原因造成呢？是否经典力学错误？,F,m,第5页,爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以靠近光速运动所遵照规律，得出了一些不一样与经典力学观念和结论。,1.,在经典力学中，物体质量是不随运动状态改变，而狭义相对论认为：,物体质量要随物体运动速度增大而增大，,即,第6页,比如：,(1)v,0,8c,时，物体质量约增大到静止质量,1,7,倍，这时经典力学就不再适用了,(2),如地球以,v,30km,s,速度绕太阳公转时，它质量增大十分微小，能够忽略不计，经典力学完全适用。,质速关系,说明,m,0,为静止质量，,m,是物体速度为,v,时质量，,c,是真空中光速,第7页,2.,运动物体和静止物体相比不但质量变了，而且沿运动方向长度和时间都要改变，都含有相对性。,下面事例能够帮助我们了解相对论,1971,年,8,月一天，一名前苏联飞行员例行飞行时，无意中“闯进”古埃及，他看到一座座金字塔刚才奠起塔基,1982,年一位北约飞行员在一次飞行训练中，视野里竟然出现了数百只恐龙，飞机竟然来到史前非洲大陆。,1970,年一架,272,客机在飞向迈阿密国际机场旅途中，也无故“失踪”了,10,分钟，,10,分钟后，客机又在原来地方出现。失踪一刹那，教授们惟一解释是时间“静止”不动了,第8页,时间和空间是什么？,第9页,时间和空间是什么？,第10页,二、宏观到微观,19,世纪末到,20,世纪初，人们相继发觉了电子、质子、中子等微观粒子，发觉它们不但含有粒子性，面且含有波动性，它们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规律性，并在当代科学技术中发挥了主要作用,经典力学普通不适合用于微观粒子,普朗克创建量子力学,第11页,相对论和量子力学出现，是否表示经典力学失去了意义,?,相对论和量子力学出现，说明人类对自然界认识愈加广泛和深入，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适用范围：,只适合用于低速运动，不适合用于高速运动，只适合用于宏观世界，不适合用于微观世界。,讨论与交流,第12页,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能够解释天体运动，并预言和发觉了海王星和冥王星，首次把天上星体运动规律与地面物体运动规律统一起来,不过宇宙中有一些天体，比如白矮星，他们质量靠近太阳，半径却与地球差不多，所以密度高达,10,8,10,10,kg/m,3,;,中子星密度更是达,10,16,10,19,kg/m,3,。这些天体表面引力比我们常见引力强多，牛顿引力理论已经不适用了。,第13页,按牛顿万有引力定律推算，行星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，与实际观察结果不符经典力学也能作出一些解释，不过，水星旋进实际观察值比经典力学预言值多经典力学解释不能令人满意,爱因斯坦依据广义相对论计算出水星近日点旋进还应有,43,附加值，同时还预言了光线在经过大质量星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象而且都被观察证实,讨论与交流,1.,实际天文观察，行星运行轨道并不是严格闭合，它们近日点在不停地旋进经典力学解释令人满意吗,?,用什么理论来圆满地进行了解释,?,水星公转轨道在不停旋进,第14页,假定一个球形天体质量不变，并经过压缩减小它半径，天体表面上引力将会增加，半径降低到原来二分之一，引力增加到原来,4,倍。这就是日常说“反平方”规律。爱因斯坦引力理论表明，这个力实际上增加更加快些。天体半径越小，这种差异越大。,当引力趋于无穷大时，被压缩天体半径靠近值,“,引力半径”,在太阳或行星引力场中，由爱因斯坦和牛顿理论计算出力差异并不很大但当日体实际半径靠近引力半径时，这种差异将急剧增大这就是说，在强引力情况下，牛顿万有引力理论将不再适用。,讨论与交流,2.何为天体引力半径,?,第15页,对于这么科学发展过程，英国剧作家萧伯纳曾诙谐地说,：,“科学总是从正确走向错误”,这种调侃倒也不失为一个幽默表述。,讨论与交流,第16页,讨论与交流,3.,历史上科学成就与新科学成就关系是什么,?,历史上科学成就不会被新科学成就所否定，而是作为一些条件下局部情形，被包含在新科学成就之中如,:,当物体速度远小于光速,c(3X10,8,m,s),时，相对论与经典理论结论没有区分；当另一个主要常数即“普朗克常数”,h(6,63X10,-34,Js),能够忽略不计时量子力学和经典力学结论没有区分相对论和量子力学都没有否定过去科学，而只认为过去科学是自己在一定条件下特殊情形。,第17页,相对论和量子力学是哪一个更广泛理论特殊情形呢？我们现在还不知道,”,讨论与交流,第18页,以牛顿运动定律为基础经典力学适用范围是什么,?,总结,经典力学只适合用于处理低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，经典力学只适合用于宏观物体，普通不适合用于微观粒子：经典力学只适合用于处理弱引力问题，不能用来处理强引力问题,第19页,谢谢,第20页,