新版經(jīng)典力學(xué)的局限性.ppt
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,靜力學(xué)(描述靜止物體),運動學(xué)(描述物體運動),動力學(xué)(描述物體受力作用下的運動),經(jīng)典力學(xué)(牛頓力學(xué)),經(jīng)典力學(xué)模塊分類,科學(xué)家對經(jīng)典力學(xué)的貢獻,由牛頓力學(xué)定律導(dǎo)出的動量守恒定律、機械能守恒律等是航空航天技術(shù)理論的基礎(chǔ)?；鸺?、人造地球衛(wèi)星、航天飛機、宇宙飛船、行星探測器等航天器的發(fā)射,都是牛頓力學(xué)規(guī)律的應(yīng)用范例……,經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運動定律,萬有引力定律更確立了牛頓的地位,牛頓運動定律和萬有引力定律在宏觀、低速、弱引力的廣闊領(lǐng)域,經(jīng)受實踐檢驗。,一、從宏觀到微觀,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，而且具有波動性，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。,物理學(xué)史上的三大發(fā)現(xiàn):倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子、貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射線,使物理學(xué)的研究從宏觀領(lǐng)域進入了微觀世界。人們發(fā)現(xiàn),微觀粒子所表現(xiàn)出的現(xiàn)象用經(jīng)典物理理論根本無法解釋。,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。,20世紀20年代，海森堡、薛定諤、玻爾、玻恩、狄拉克等物理學(xué)家建立了量子力學(xué)。薛定諤力圖用數(shù)學(xué)形式來描述物質(zhì)的波粒二象性，他從麥克斯韋的光的電磁學(xué)說得到啟發(fā),找到了描述物質(zhì)波的方程，這就是著名的薛定諤方程。這個方程既描述了電子的物質(zhì)波的行為，又含有電子的粒子性的特征。,關(guān)于量子力學(xué),量子力學(xué)出現(xiàn)以后，在說明原子結(jié)構(gòu)方面迅速取得了巨大的成功，很快地被物理學(xué)家所接受。現(xiàn)在它的應(yīng)用已遠遠超出原子結(jié)構(gòu)的范圍，成為物理學(xué)家研究微觀世界的基本理論工具。,二、從低速到高速,1、質(zhì)速關(guān)系在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，但愛因斯坦的狹義相對論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，即其中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。,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，m=1.000000005mo，它的質(zhì)量增大十分微小，可以忽略不計。,,狹義相對論：這個理論指出在宇宙中唯一不變的是光線在真空中的速度,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。,愛因斯坦,,狹義相對論,(一)經(jīng)典時空觀(絕對時空觀),(1)同時的絕對性,(2)時間間隔的絕對性,(3)空間距離的絕對性,時間、長度和質(zhì)量這三者都與參考系的運動無關(guān)。,(二)相對論時空觀,(1)同時是相對的,(3)動尺變短,(4)運動的物體質(zhì)量變大,(1)不同慣性參考系,物理規(guī)律相同,1、兩條基本假設(shè),(2)任何慣性系,光速不變,2、狹義相對論結(jié)論,(2)動鐘變慢,時間、長度和質(zhì)量這三者都與參考系的運動有關(guān)。,三、強引力作用與弱相互作用牛頓的萬有引力定律取得了巨大的成就,但在一些問題上也遇到了困難。例如:水星的公轉(zhuǎn)軌道在不斷旋進,其實際觀察值要比經(jīng)典力學(xué)的預(yù)言值大。1915年,愛因斯坦創(chuàng)立的廣義相對論對此則能作出很好的解釋,同時還預(yù)言光線經(jīng)過大質(zhì)量星體附近時會發(fā)生偏轉(zhuǎn),且已被觀測證實。另外,根據(jù)牛頓的理論,當天體被壓縮成半徑幾乎為0的一個點時,引力趨于無窮大;而愛因斯坦的理論則認為,引力趨于無窮大發(fā)生在半徑接近一個"引力半徑"的時候,這個引力半徑的值由天體的質(zhì)量決定。當天體的實際半徑接近引力半徑時,由愛因斯坦和牛頓引力理論計算出的力的差異急劇增大,在強引力情況下牛頓引力理論不再適用。,牛頓運動定律只適用于弱引力,在強引力的作用下,牛頓的引力理論不再成立。,經(jīng)典力學(xué)只適用于低速、宏觀、弱引力的情況。當物體的速度遠小于光速c時,相對論物理學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。當另一個重要的常數(shù)即"普朗克常量"可以忽略不計時,量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。,經(jīng)典力學(xué),狹義相對論,廣義相對論,量子力學(xué),互為補充,互不矛盾,互不否定共同支撐起物理學(xué)科的骨架。,,宏觀低速,高速,,微觀世界,,強引力,,牛頓的科學(xué)方法"科學(xué)足跡"中總結(jié)了牛頓的科學(xué)方法,這些科學(xué)方法值得我們借鑒。重視實驗:重視實驗,從歸納入手,這是牛頓科學(xué)方法論的基礎(chǔ)。邏輯推論:為了歸納成功,不僅需要大量的可靠資料與廣博的知識,而且要有清晰的邏輯頭腦。數(shù)學(xué)歸納:事物之間的本質(zhì)聯(lián)系只有通過數(shù)學(xué)才能歸納為能夠測量、應(yīng)用和檢驗的公式和定律。,Einstein對相對論的解釋,當你和一個漂亮姑娘在一起坐一小時,你感覺只坐了一分鐘,當你坐在火爐旁一分鐘,就好象坐了一小時,這就是相對論。,補充內(nèi)容,1.狹義相對論的兩個基本假設(shè)狹義相對論的整套理論是基于以下兩個基本假設(shè)之上的：a.愛因斯坦相對性原理:在不同的參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的。b.光速不變原理:真空中的光速在不同的參考系中都是相同的。,2.時間的相對性——鐘慢效應(yīng),,式中v是運動物體的速度,c是真空中的光速,△t′是運動體中的觀察者觀察到的時間間隔,△t是地面上的觀察者觀察到的時間間隔。,由于△t′,即運動體中的觀察者觀察到的時間間隔變短了,從地面上觀察運動物體的時間變慢了。這就是所謂的"鐘慢效應(yīng)"。,,時間的相對性符合以下規(guī)律:,3.空間的相對性——尺縮效應(yīng),式中v是運動物體的速度,c是真空中的光速,L′是運動體中的觀察者測得的長度,L是地面上的觀察者測得的長度。,<1,所以L下載提示(請認真閱讀)
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