经典力学的局限性.ppt

6 经典力学的局限性,经典力学的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的尊敬。,著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿自然哲学的数学原理在1687年出版的那一天。”,牛顿的自然哲学的数学原理 被评为科学史上最伟大的著作,像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?,经典力学的局限性？,1.知道牛顿运动定律的适用范围。 2.了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛 应用。 3.知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须 考虑速度随时间的变化。,(重点）,阿尔伯特爱因斯坦,创立狭义相对论,一、从低速到高速,情景：在一个无限大的光滑水平面上，有一质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动。根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。,探究：在经典力学和狭义相对论中,物体的质量有何不同？,【互动探究】物体的速度能无限增大吗？,推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此。,结论：物体运动速度是有极限的，现在已知的最大速度是光速，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的。这是什么原因造成的呢？是否是经典力学的错误？,2.在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。,狭义相对论认为： 物体的质量要随物体运动速度的增大而增大，即,1.高速的概念 所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速。,3.经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动。,【对点训练】(多选) 对于公式 ，下列说法中正确的是( ) A式中的m是物体以速度v运动时的质量 B当物体的运动速度v0时，物体的质mm0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，所以是不正确的 C当物体以较小速度运动时，质量变化非常小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速的速度运动时，质量变化才明显 D通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化,ACD,二、宏观到微观,19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的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的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用 经典力学一般不适用于微观粒子,普朗克创立量子力学,三、从弱引力到强引力,1.经典力学与行星轨道的矛盾 按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。 实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合的很好。 2.经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。,四、经典力学的局限性和适用范围 1.经典力学只适用于物体的低速运动（vc）。 2.经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象。 3.经典力学规律只在惯性参考系中成立。 经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。,惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，均称为惯性参考系，简称惯性系。 (1)所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。 (2)所有相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系。,经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体； 相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。 因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。,【对点训练】（多选）物理学的发展丰富了人类对物质 世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物 质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是 ( ) A.牛顿发现了万有引力定律 B.牛顿通过实验证实了万有引力定律 C.相对论的创立表明经典力学已不再适用 D.爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推到高速领域,AD,狭义相对论的两个基本假设 1.爱因斯坦相对性原理：在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的。 2.光速不变原理：真空中的光速在不同的参考系中都是相同的。,同时的相对性,（1）时间的相对性“钟慢效应” 时间的相对性符合以下规律：,式中t是运动体中的观察者观察到的时间间隔，t是地面上的观察者观察到的时间间隔。,由于 1，所以tt，即运动体中的观察者观察到的时间间隔变短了，从地面上观察运动物体的时间变慢了。这就是所谓的“钟慢效应”。,钟慢效应,由于 1，所以L L，即地面上的观察者观察到运动物体的长度变短了。这就是所谓的“尺缩效应”。,（2）空间的相对性“尺缩效应” 空间的相对性符合以下规律：,式中L是运动体中的观察者测得的长度，L是地面上的观察者测得的长度。,尺缩效应,尺缩效应,1.从低速到高速：经典力学适用于低速; 2.从宏观到微观：经典力学适用于宏观; 3.从弱引力到强引力：经典力学适用于弱引力。,1.下列有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确 的是( ） A物体的质量与物体的运动速度无关 B物体的质量随物体运动速度的增大而增大 C物体的质量随物体运动速度的增大而减小 D当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零,B,2.（多选）关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面 说法中正确的是( ) A狭义相对论和经典力学是相对立、互不相容的两种理论 B在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理 论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律 C经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观 粒子的运动 D不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学 都是适用的,BC,3.（多选）牛顿定律能适用于下列哪些情况（ ） A.研究原子中电子的运动 B.研究“神舟五号”的高速发射 C.研究地球绕太阳的运动 D.研究飞机从深圳飞往北京的航线,BCD,【解题关键】经典力学适用范围：低速、宏观。,4.(多选)以下说法正确的是( ) A经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子 均适用 B经典力学理论的成立具有一定的局限性 C在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而 改变 D相对论与量子力学否定了经典力学理论,BC,5.两台升降机甲、乙同时自由下落