6.6 经典力学的局限性.ppt

1、经典力学的基本是牛顿的运动定律，引力定律灌输人们对牛顿物理学的尊敬。著名的物理学家杨振宁这样称赞道。“如果一定要把某人和某一天作为现代科学诞生的象征，我选择牛顿自然哲学的数学原理在1687年出版的那一天。”像所有科学一样，它没有所有的真理，也有自己的局限性。像所有科学理论一样，“未完成的交响曲”，那么古典力学在什么范围内适用呢？有什么限制呢？1.从低速到高速。例如：在无限平滑的水平面上有质量为m的物体，在水平恒定力f的作用下从静止开始运动。根据牛顿第二定律，物体以加速度a=F/m均匀执行加速度直线运动。可以通过运动学公式知道：物体的速度v=at，推理：随着时间的推移，物体的速度会增加，最终得到

2、随机速度。但事实并非如此。常识告诉我们，物体运动的速度是有限的，现在已知的最大速度是光速，现在也不能让物体超过这个速度，用经典力学解不开。这是什么原因？是经典力学的错误吗？爱因斯坦在狭义相对论中解释接近光速的物体所遵循的规律时，得出了与经典力学不同的观念和结论。1.在经典力学中，物体的质量不会随着运动状态而变化，而特殊相对论则表明物体的质量随着物体运动速度的增加而增加，即(1)在v08c中，物体的质量增加了大约为静止质量的17倍，此时经典力学不再适用(2)地球以v30kms的速度公转太阳，其质量很小，可以忽略不计。经典力学充分适用。质量速度关系，说明m0是静止质量，m是物体速度为v时的质量，c

3、是真空中的光速，2，运动的物体具有相对性质，与静止物体相比，质量不仅要改变，沿运动方向的长度和时间都要改变。1971年年八月的一天，前苏联飞行员偶然“入侵”古埃及，这将有助于理解其相对论。他在金字塔最早建立的1982年，一位北约飞行员在飞行训练中看到数百只恐龙出现在视野中，偶然来到史前非洲。1970年，一架272客机在飞往迈阿密国际机场的途中，也无缘无故“失踪”了10分钟，客机再次出现在原来的地方。失踪的瞬间，专家们唯一的解释是时间“停止”，时间和空间是什么？时间和空间是什么？2，宏观对微观，19世纪末到20世纪初依次发现电子、质子、中子等微粒子，不仅粒子性、面、可变性，他们的运动规律还不能用

4、经典力学解释20年代，建立了量子力学，可以准确地描述微粒子运动的规律性，在现代科学技术中发挥了重要作用，经典力学一般来说。相对论和量子力学的出现表明，人类对自然有更广泛、更深入的认识，但并不意味着古典力学失去了意义。只让我们意识到经典力学有它的应用范围：仅适用于低速运动，不适用于高速运动，仅适用于宏观世界，不适用于微观世界。讨论和交流，3，从弱重力到强重力，重力可以利用重力定律说明天体的运动，预测和发现海王星和冥王星，首次统一了天上星星的运动规律和地上物体的运动规律，但宇宙中有质量接近太阳，半径接近地球，因此1081010kg/m3密度高的白矮星等天体；中子星的密度达到1016 1019千克/

5、m3。这个天体表面的重力比我们常见的重力更强，牛顿的引力理论不再合适。根据牛顿的引力定律，行星的运动可以解释椭圆、圆、行星沿其椭圆或圆周期性运动，与实际观测不一致的经典力学，但对水星的实际观测比经典力学的预测值要多的经典力学的解释不能满足于爱因斯坦根据一般相对论计算水星的近海点也能有43的附加值这一事实。经过太阳附近时发生等角现象的话，观测确认，讨论和交流，1，实际的天文观测，行星的运行轨道是否严格关闭，近日点继续成为经典力学，这一解释令人满意吗？用什么理论圆满地解释了？假设球形天体的质量恒定，通过压缩减小其半径，那么天体表面的重力会增加，其半径会减少到原来的二分法，重力会增加四倍。这通常是“

6、平方反比”定律。爱因斯坦的引力理论表明，这种力实际上增加得更快。天体半径越小，这个差异就越大。重力无限时，接近压缩天体半径的值“重力半径”，在太阳或行星的引力场中，爱因斯坦和牛顿理论计算出的力的差异并不大，但当天的实际半径接近重力半径时，差异急剧增加。也就是说，在强重力的情况下，牛顿的引力理论不再适用，交流，2，天体的重力半径是什么？英国剧作家伯纳德肖(Bernard shaw)对科学发展过程说：“科学总是从正确走向错误”的诙谐语气也是幽默的表现，讨论和交流，讨论和交流，第三，历史上的科学成就和新的科学成就有什么关系？历史上的科学成就不是被新的科学成就否定的，而是作为特定条件下的部分情况，列入了新的科学成就。例如，当物体的速度远小于光速c(3x 108毫秒)时，相对论与经典理论的结论没有区别。如果另一个重要常数普朗克常数h(663X10-34Js)不区分时间的量子力学和经典力学的结论不是否定过去科学，而是认为过去科学是在特定条件下自己的特殊情况，那么相对论和量子力学是什么更广泛的理论的特殊情况呢？我们还不知道。“讨论和交流，