经典力学(上)绪论.ppt

经典力学经典力学（上）（上） 电子课件电子课件 易凡 绪 论 一、为什么要学习物理学 3 3 （一） 物理学的研究对象与方法 物理学是研究物质、能量和它们的 相互作用的学科。 第23届国际纯粹物理与应用物理联合会 （IUPAP）大会（99.3.1621）通过的“决 议五”中指出： 4 4 空间尺度 （相差1045 1046） 1026 m（约150亿光年）（宇宙） 1020 m（夸克） 时间尺度 （相差1045） 1018s（宇宙年龄150亿年） 10-27s （ 硬 射线周期 ） 速率范围 0 （静止） 3 108 m/s （光速） 1.物理学的研究对象（十分广泛） 5 5 不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学 研究： 6 6 2. 物理学的研究方法 提出命题 应用 修改理论 实验检验 理论预言 n物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，其 研究方法可概括为： 物理的直觉和想象力 及洞察力也常常产生 重大突破和发现 观测、实验 推测答案 对称性分析 守恒量的利用 简化模型的选取 概念和方法的类比 n从方法论上讲，物理学的研究方法可分为： 演绎法： 归纳法： 基本定律 推理、演算新理论 归纳实验、观测事实 假设、模型 新理论 具体地说，物理学还有许多有特色的方法，比如： 定性和半定量分析 量纲分析 能量分析 （二）物理学是自然科学与技术的基础 2004年6月10日，联合国通过决议，规定2005年为 “世界物理年”。决议确认： 物理学是认识自然界的基础； 物理学是当今众多技术发展的基石； 物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础 。 物理学极大地推动了科学、技术的发展 历史上物理与技术的关系大致有两种模式 技术物理技术(以第一次工业革命为标志) 物理技术物理(以电气化进程为标志) 1.物理学与技术 20世纪两种模式并存、交叉，但几乎所有重大新 技术的创立，都是以物理学的发展为先导的。 工业革命推动了热学的发展 技术物理学技术 电磁学将人类社会带进了电器化时代 物理学技术物理学 20世纪核物理迎来了原子能时代 激光是物理学对人类社会的又一重大贡献 以半导体物理为基础的的电子信息技术对人 类社会产生了最大的冲击 2.物理学与其它学科的关系 物理学的基础性和成熟性对其它学科如化学、生命 科学或医学、经济学等学科产生影响和促进； 使用物理学的理论、概念和方法解决其它学科的问 题； 用物理学的实验设备和手段解决其它学科的问题； 物理学所体现的科学精神（实验检验）和方法（理 论演绎，建立模型）对科学工作者的启示和影响。 (三) 学习物理学的目的 n打好学习其它学科的基础 n提高科学素质和能力,以适应高新技术和市场经 济的发展 u学习物理对提高科学素质有重要作用： （1）培养辩证唯物主义的世界观 （2）学会掌握科学的方法 （3）培养科学思维能力、发展智力 （4）培养探索与创新精神 n学习的方法 注意观察，勤于思考 大胆假设，严谨求证 学好数学，重视外语 坚持真理，老实做人 2 2 经典力学体系的建立经典力学体系的建立 1.伽利略对力学贡献 伽利略（Galileo , 15641642）意大利 科学家。 运动的描写与分类 自由落体定理 惯性 抛体运动 相对性原理 伽利略的研究方法 观察假设设推论论实验检验实验检验 假设设的 修正和推广 爱爱因斯坦对对伽利略的评评价： “伽利略的发现以及他所应用的科学推理 方法是人类思想史上最伟大的成就之一， 而且标志着物理学的真正开端。” 2. 万有引力定律的发现 开普勒（Johannes Kepler，15711630） 德国天文学家 行星运动三定律 英国的科学家 胡克（Robert Hooke，16351703） 哈雷（Edmund Halley，16561742） 对引力问题做了研究 牛顿（Isaac Newton，16421727）他据开 普勒三定律证明了： 据面积速度得出物体受中心力作用 由轨道定律可得中心力是吸引力 由周期定律得出吸引力与半径的平方成正比 在这种平方力作用下，物体的轨道是圆锥曲 线：圆、椭圆、双曲线质量 引进了万有引力定律 n牛顿顿引力定律的检验检验 关于地球形状是椭球的验证； 哈雷彗星的预言； 1846年，海王星的发现。 3. 牛顿力学体系的建立 n1687年，自然哲学的数学原理发表 质量、运动的量； 绝对时空观； 机械运动的三个基本定律； 万有引力定律和有心运动问题； 物体在有阻力的介质中的运动； 天体力学理论等。 n牛顿力学的建立是物理学第一次伟大的综 合 n用数学方法来系统地整理物理理论，并发 展了数学，成为微积分的发明人 n为经典力学奠定了基础 4.牛顿力学的完善 n牛顿力学的新表述及应用 19世纪，经典力学的发展表现为科学家用 新的、更简洁的形式重新表述牛顿定律， 如拉格朗日方程组、哈密顿方程组等； 牛顿定律推广到连续介质的力学问题中去 ，出现了弹性力学、流体力学等； 20世纪，流体力学发展，最终导致航空甚 至航天的出现。 n不可积问题 20世纪四五十年代发展的KAM理论 在可积与不可积之间，存在一个近可积区 域，KAM理论是讲这种近可积区域里运动规 律是怎样的。KAM理论是由前苏联科学家科 尔莫戈罗夫（A.N.Kolmogorov）、阿诺尔德 （V.I.Arnold）和瑞士科学家莫泽（ J.K.Moser）三人证明的。 n混沌理论 70年代出现的混沌理论说明了不可积系统 中粒子轨道是不确定的。也就是说，牛顿定 律本身虽是确定性的，但它所描述的具体事 物，很可能出现随机行为。因此初始条件的 微量变化，就有可能会造成运动轨迹完全不 可预测。这表明经典力学具有非常丰富的内 容，有些尚待进一步探索。 经典力学（上）参考书目 1