1、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,6.6,经典力学的局限性,1905,年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特,爱因斯坦（,18791955,）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。,1.,物体的质量与运动速度有关,在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。但是，按照,20,世纪初著名物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。物体的质量与运动,速度的关系是 ，,式中,m,0,是物体静止时的质量，,m,是
2、物体速度为,v,时的质量，,c,是真空中的光速。,可见，当,v,c,时，,m,m,0,；当,v,趋近于,c,时，,m,趋近于无穷大。因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，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。,4.,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。,2.,经典力学中速度叠加原理不再成立,设河流中的水相对于河岸的速度为,船相对于水的速度为,则在经典力学中，船相对于岸的速度为,这似乎
3、是天经地义的。但是，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。,（矢量和）,3.,两种不同的时空观,本节教材在“科学漫步”栏目,时间和空间是什么？,一文中提到了牛顿和爱因斯坦的两种不同的时空观。,牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观,。,爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与
4、时间不再与物体及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。,5.,强引力作用下出现的问题,牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在不断旋进（参见教材图,7.6-1,），其实际观察值要比经典力学的预言值多。,1915,年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转，且已被观测证实。,另外，根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为,0,的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候，这个引力半径的值由天体的质量决定。当天体的实际半径接近引力半径时
5、由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异急剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。,三,.,狭义相对论的基本原理,相对时间,相对长度,相对质量,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。,Albert Einstein,世纪伟人,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,.,牛顿经典
6、力学的局限性,适用于低速，宏观，弱引力物体,注意：经典力学的适用范围,经典力学有它的适用范围：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；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。,（对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。,对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。,对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大）。,7.,牛顿的科学方法,本节教材在“科学足迹”栏目,牛顿的科学生涯,一文中总结了牛顿的科学方法，这些科学方法值得我们借鉴：,重视实验：重视实验，从归纳入手，这是牛顿科学方法论的基础。,逻辑推论：为了归纳成功，不仅需要大量的可靠资料与广博的知识，而且要有清晰的逻辑头脑。,数学归纳：事物之间的本质联系只有通过数学才能归纳为能够测量、应用和检验的公式和定律。,
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