E 从牛顿到爱因斯坦ppt课件

E从牛顿到爱因斯坦 自然和自然的法则在黑暗中隐藏 上帝说 让牛顿去吧 于是一切都被照亮 魔鬼说 让爱因斯坦去吧 于是一切又回到黑暗中 一 经典物理模块分类 17世纪前在观察与哲学的猜测上对天文 力 热 声 光有了一定认识 17世纪初 19世纪末是经典物理学体系建立的关键时期 静力学 描述静止物体 运动学 描述物体运动 动力学 描述物体受力作用下的运动 经典力学 牛顿力学 二 经典力学模块分类 牛顿 三 牛顿主要贡献 哥白尼 日心说 第谷 20年精心观测数据 开普勒研究第谷数据得三个定律 胡克 哈雷进一步认识 牛顿解决椭圆并延伸到万物间有力 万有引力定律 伽利略 第谷 哥白尼 亚里士多德 笛卡尔 胡克 哈雷等 牛顿所说 如果说我看得远 那是因为我站在巨人们的肩上 经典力学金字塔的建立 开普勒 经典力学的基础是牛顿运动定律 万有引力定律更确立了牛顿的地位 牛顿运动定律和万有引力定律在宏观 低速 弱引力的广阔领域 经受实践检验 著名物理学家杨振宁赞颂到 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年出版的那天 第一部分包括 定义和注释 和 运动的基本定理或定律 这部分虽然篇幅不大 却极为重要 第二部分是这些基本定律的作用 包括三篇 第一篇是研究万有引力的 第二篇是讨论介质对物体运动的影响 第三篇是 论宇宙系统 经典力学的困境 低速世界 经典力学 高速世界 相对论 四 经典力学的困境 在宏观低速的世界 一切都理所当然 当一些问题 如微观领域的深入 牛顿解释不了时 它就只好用上帝的万能来解释 为此牛顿花费了后半生的心血 这正是牛顿的悲剧 所以 不管选什么参考系 不管物体怎么运动 物体的位移 时间 长度 质量等等的测量结果肯定是一样的 这是天经地义的 静止看光速和与光速一起运动算得的光速不一样 物体的速度甚至可以超过光速 高速世界 接近光速 1905年 爱因斯坦提出 物体高速时 接近光速 物体所占空间 如长度 物理 化学过程 生命持续时间 都与运动状态有关 时空都与运动相关联了 狭义相对论 狭义相对论 自然和自然的法则在黑暗中隐藏 上帝说 让牛顿去吧 于是一切都被照亮 魔鬼说 让爱因斯坦去吧 于是一切又回到黑暗中 趣例 爱因斯坦火车 同时到达A B 火车上的观测者说 光源在AB的中点 应同时到达A B两点 地面上的人看见先到达B点 后到A点 按照狭义相对论 不仅 同时 是相对的 有时候 甚至事情的先后也都是相对的 举一个例子 一节长为10米的列车 A在车后部 B在车前部 当列车以0 6c的高速度通过一个站台的时候 突然站台上的人看到A先向B开枪 过了12 5毫微秒 B又向A发射 因而站台上的人作证 这场枪战是由A挑起的 但是 车上的乘客却提供相反的情况 他们说 是B先开枪 过了10毫微秒 A才动手 事件是由B发动的 到底是谁先动手呢 没有绝对的答案 在这个具体事件中 谁先谁后是有相对性的 在列车参考系中 B先A后 而在车站参考系中则是A先B后 甚至于飞船上的人可能会看到你先把苹果吃了 再看到苹果掉在了地上 不敢相信图中的横线是平行的 不过它就是平行的 两个位于中心的圆哪个大 其实一样大的 1 相对时间狭义相对论认为时间不是绝对的 即固定不变的 爱因斯坦指出 随着物体 观察者所见到的 运动速度的加快 时间会变慢 使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性 将一个钟表留在地面上 而携带另一个以很快速度移动 如在喷气式飞机上 随后进行比较 静止的钟表总比另一个稍微快一点 时钟变慢 swf 1 相对时间 2 相对长度爱尔兰物理学家佛兹杰拉德 1851 1901 提出 物质会在运动的方向上收缩 缩小 这意味着根据一个静止观察者的观点 一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短 尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样 爱因斯坦指出 任何物体以光速运动时 其长度将会缩短为零 2 相对长度 3 相对质量 物体运动时的质量与静止质量的关系 五 从宏观到微观 19世纪末 20世纪初 深入到微观领域 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 很多情况下经典力学说明不了 六 从弱引力到强引力 光之所以会被黑洞吸进去 是因为黑洞引力大造成空间扭曲 光随著被扭曲的空间走而进去黑洞里 大家都知道光只走直线 所以光并不是被引力吸进去的 而是光还是走直线 但空间扭曲而进到黑洞 打个比方 在纸上画一条线 把那张纸扭曲 但展开后它还是一条线 这时候 光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播 但走的已经不是直线 而是曲线 经典力学 狭义相对论 广义相对论 量子力学 互为补充 互不矛盾 互不否定共同支撑起物理学科的骨架 宏观低速 高速 微观世界 强引力 经典力学的成就和局限性 一 经典力学的发展过程及伟大成就 二 经典力学局限性 1 不能解决高速运动问题 接近光速 2 不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象 一 经典时空观 绝对时空观 1 同时的绝对性 2 时间间隔的绝对性 3 空间距离的绝对性 超新星爆发的持续时间 经典时空观与相对论时空观 实际 2年 时间 长度和质量这三者都与参考系的运动无关 经典时空观与相对论时空观 二 相对论时空观 1 同时是相对的 3 动尺变短 4 运动的物体质量变大 1 不同惯性参考系 物理规律相同 2 狭义相对论结论 2 动钟变慢 时间 长度和质量这三者都与参考系的运动有关 相对的 绝对的 不变 绝对的 与运动无关 绝对的 与运动无关 绝对的 不变的 相对的 与运动有关 相对的 随速度增加而增大 经典时空观与相对论时空观 1632年 Galileo在 萨尔瓦阿蒂 大船上做过的实验 1905年 出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特 爱因斯坦 1879 1955 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 牛顿的局限1 绝对时空观认为时间与空间无关 时空与运动无关 是绝对的物理量 2 当一些问题牛顿解释不了时 它就只好用上帝的万能来解释 为此牛顿花费了后半生的心血 这正是牛顿的悲剧 三 狭义相对论的基本原理 1 相对性原理 这意味着绝对时间 绝对空间等都是错误的 不论用什么方法都找不到绝对参照系 即根本不存在绝对参照系 一切惯性系都是平权的 同时的相对性1 swf 同时的相对性2 swf 一切彼此作匀速直线运动的惯性系 对于描述物理规律都是等价的 或在所有惯性系中 物理规律都具有相同的形式 爱因斯坦火车 同时到达A B 火车上的观测者说 光源在AB的中点 应同时到达A B两点 地面上的人看见先到达B点 后到A点 1 相对时间狭义相对论认为时间不是绝对的 即固定不变的 爱因斯坦指出 随着物体 观察者所见到的 线性运动速度的加快 时间会变慢 使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性 将一个钟表留在地面上 而携带另一个以很快速度移动 如在喷气式飞机上 随后进行比较 静止的钟表总比另一个稍微快一点 时钟变慢1 swf 相对长度爱尔兰物理学家乔治 佛兹杰拉德 1851 1901 提出 物质会在运动的方向上收缩 缩小 这意味着根据一个静止观察者的观点 一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短 尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样 爱因斯坦指出 任何物体以光速运动时 其长度将会缩短为零 长度收缩1 swf 长度收缩2 swf 相对质量 物体运动时的质量与静止质量的关系 2 光速不变原理 对任何惯性系 在真空中沿任意方向传播的光速都相同 且与光源的运动状态无关 即谁测真空中的光速都是c 与惯性系的选择及光源无关 例 宇宙飞船以20万km s的速度飞行 人在飞船上向前发一束光 光在飞船中以光速c传播 地球上的人测得光速多大 Km s 按运动合成得 1 爱因斯坦理论是牛顿理论的发展 2 光速不变原理适用的条件 照亮我的道路 并不断给我新的勇气去愉快地正视生活理想的是善 是美 是真 人只有献身社会 才能找出那实际上是短暂而又有风险的生命的意义 他剖析自己的科学感受时说 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 科学的头脑就是去怀疑 去证实 去发现的精神 力学单位制 物理学的关系式 物理学的关系式确定了物理量之间的关系 也指它确定了物理量的单位间的关系 例如 m s m s2 F ma 1N 1kg m s2 基本单位和导出单位 这些被选定的物理量叫做基本量 它们的单位叫基本单位 只要选定几个物理量的单位 就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位 由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位叫做导出单位 单位制 由基本单位和导出单位一起组成单位制 国际单位制 1960年第11届国际计量大会制定了一种国际通用的 包括一切计量领域的单位制 叫做国际单位制 简称SI 在力学范围内 国际单位制规定长度 质量 时间为三个基本单位 它们的单位是米 m 千克 kg 秒 s 为基本单位 在整个物理学中 国际单位制规定了七个基本单位 见下页 一 SI基本单位 单位制 单位制 常用的力学量的SI单位 导出单位 例1 一个静止在光滑水平面上的物体 质量是7kg 在14N的恒力作用下 5s末的速度是多大 5s内通过的路程是多大 单位制在物理学中的应用 在解题计算时 已知量均采用国际单位制 计算过程中不用写出各个量的单位 只要在式子末尾写出所求量的单位即可 1 简化计算过程的单位表达 物理情景 v0 0 物体在上述过程作匀变速直线运动吗 为什么 解 统一单位制 有的同学 解题时 单位弄错 常常说自己粗心 其实是单位制没有掌握好 代入数据前应统一单位制这点要形成习惯08 单位制在物理学中的应用 结果对吗 单位对 结果不一定对 但对结果可以 放心 一点单位不对 结果则肯定不对 物理公式既反映了各物理量间的数量关系 同时也确定了各物理量的单位关系 因此 在解题中可用单位制来粗略判断结果是否正确 如单位制