經(jīng)典力學(xué)的局限性-課件完整版

第六章萬(wàn)有引力與航天第7節(jié)、經(jīng)典力學(xué)的局限性揚(yáng)州大學(xué)附屬中學(xué)東部分校姜雪峰提出問(wèn)題：1、速度有無(wú)極限。2、微觀粒子的行為與宏觀物體是否遵循相同的規(guī)律。3、時(shí)間和空間是否是絕對(duì)一成不變的。4、牛頓建立的經(jīng)典力學(xué)已相當(dāng)完善，愛(ài)因斯坦為什么還要提出相對(duì)論。相對(duì)論是否全盤(pán)否定了牛頓的經(jīng)典力學(xué)理論。古希臘的燦爛文化在漫長(zhǎng)的黑暗中世紀(jì)中埋沒(méi)風(fēng)塵，黯然失色。15世紀(jì)，文藝復(fù)興的大旗飄揚(yáng)在歐洲大陸上，自然科學(xué)獲得新的生命，蓬勃成長(zhǎng)?？茖W(xué)巨匠N.哥白尼、第谷、J.開(kāi)普勒、伽利略以及R.笛卡兒等先后馳名于歐洲。一場(chǎng)科學(xué)革命沖破了中世紀(jì)封建勢(shì)力和經(jīng)院哲學(xué)的層層羅網(wǎng)，不斷取得勝利。牛頓──偉大的科學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)理論體系的建立者──正是在歐洲出現(xiàn)政治、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化新變革的時(shí)代誕生的。

17世紀(jì)牛頓力學(xué)構(gòu)成了體系.可以說(shuō)，這是物理學(xué)第一次偉大的綜合.牛頓建立了兩個(gè)定律，一個(gè)是運(yùn)動(dòng)定律，一個(gè)是萬(wàn)有引力定律，并發(fā)展了變量數(shù)學(xué)微積分，具有解決實(shí)際問(wèn)題的能力.他開(kāi)拓了天體力學(xué)這一科學(xué)，海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)就充分顯示了這一點(diǎn).經(jīng)典力學(xué)中的空間和時(shí)間力學(xué)的目的在于描述物體在空間中的位置如何隨“時(shí)間”而改變．這里，“位置”和“空間”應(yīng)如何理解是不清楚的．設(shè)一列火車(chē)正在勻速地行駛，我站在車(chē)廂窗口松手丟下（不是用力投擲）一塊石頭到路基上.那么，如果不計(jì)空氣阻力的影響，我看見(jiàn)石頭是沿直線落下的．從人行道上觀察這一舉動(dòng)的行人則看到石頭是沿拋物線落到地面上的．現(xiàn)在問(wèn)：石頭所經(jīng)過(guò)的各個(gè)“位置”是“的確”在一條直線上，還是在一條拋物線上的呢？借助于這一實(shí)例可以清楚地知道不會(huì)有獨(dú)立存在的軌線（“路程——曲線”）；而只有相對(duì)于特定的參考物體的軌線．feiguanxingxi.swf一、對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律受參考系限制的認(rèn)識(shí)可見(jiàn)，在非慣性系中，牛頓定律不再成立。牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀絕對(duì)的，真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自己流逝著，并由于它的本性而均勻的與任何外界對(duì)象無(wú)關(guān)的流逝著?！ｎD絕對(duì)空間，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，獨(dú)立于外界任何事物，總是始終如一和靜止不動(dòng)的。

——牛頓二、經(jīng)典力學(xué)受速度限制的分析伽利略和牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀認(rèn)為，同一物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和長(zhǎng)度（位移）在不同的參考系中，測(cè)量結(jié)果是相同的。“薩爾瓦阿弟”大船1632年,Galileo在“薩爾瓦阿蒂”大船上做過(guò)的實(shí)驗(yàn)：伽利略相對(duì)性原理:在彼此作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中，一切力學(xué)現(xiàn)象都具有相同的規(guī)律。1905年，出生于德國(guó)的美籍物理學(xué)家阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（1879──1955）發(fā)表了狹義相對(duì)論。這個(gè)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(zhǎng)度、質(zhì)量和經(jīng)過(guò)的時(shí)間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。牛頓的局限

1)絕對(duì)時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間與空間無(wú)關(guān)，時(shí)空與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，是絕對(duì)的物理量。

2)當(dāng)一些問(wèn)題牛頓解釋不了時(shí)，它就只好用上帝的萬(wàn)能來(lái)解釋?zhuān)瑸榇伺ｎD花費(fèi)了后半生的心血，這正是牛頓的悲劇。三.狹義相對(duì)論的基本原理Einstein現(xiàn)代時(shí)空的創(chuàng)始人1、相對(duì)性原理這意味著絕對(duì)時(shí)間、絕對(duì)空間等都是錯(cuò)誤的。

不論用什么方法都找不到絕對(duì)參照系,即根本不存在絕對(duì)參照系,一切慣性系都是平權(quán)的。同時(shí)的相對(duì)性1.swf同時(shí)的相對(duì)性2.swf一切彼此作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系,對(duì)于描述物理規(guī)律都是等價(jià)的?；蛟谒袘T性系中,物理規(guī)律都具有相同的形式。愛(ài)因斯坦火車(chē):ABK’系中點(diǎn)ABK’系中點(diǎn)先到B點(diǎn)再到A點(diǎn)同時(shí)到達(dá)A、B火車(chē)上的觀測(cè)者說(shuō):光源在AB的中點(diǎn),應(yīng)同時(shí)到達(dá)A、B兩點(diǎn),地面上的人看見(jiàn)先到達(dá)B點(diǎn)，后到A點(diǎn)。K系DCK系DC1、相對(duì)時(shí)間

狹義相對(duì)論認(rèn)為時(shí)間不是絕對(duì)的（即固定不變的）。愛(ài)因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見(jiàn)到的）線性運(yùn)動(dòng)速度的加快，時(shí)間會(huì)變慢。使用同步原子鐘已證實(shí)了這個(gè)結(jié)論的正確性，將一個(gè)鐘表留在地面上，而攜帶另一個(gè)以很快速度移動(dòng)（如在噴氣式飛機(jī)上），隨后進(jìn)行比較，靜止的鐘表總比另一個(gè)稍微快一點(diǎn)。

時(shí)鐘變慢1.swf相對(duì)長(zhǎng)度

愛(ài)爾蘭物理學(xué)家喬治·佛茲杰拉德（1851──1901）提出，物質(zhì)會(huì)在運(yùn)動(dòng)的方向上收縮（縮?。?，這意味著根據(jù)一個(gè)靜止觀察者的觀點(diǎn)，一枚以接近光線運(yùn)行的火箭所表現(xiàn)出的長(zhǎng)度會(huì)比它靜止時(shí)更短，盡管乘坐火箭的人看來(lái)并沒(méi)有什么兩樣。愛(ài)因斯坦指出，任何物體以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其長(zhǎng)度將會(huì)縮短為零。長(zhǎng)度收縮1.swf長(zhǎng)度收縮2.swf相對(duì)質(zhì)量物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系2、光速不變?cè)?/p>

對(duì)任何慣性系,在真空中沿任意方向傳播的光速都相同,且與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。即誰(shuí)測(cè)真空中的光速都是c

,與慣性系的選擇及光源無(wú)關(guān)。例：宇宙飛船以20萬(wàn)km/s的速度飛行,人在飛船上向前發(fā)一束光,光在飛船中以光速c傳播,地球上的人測(cè)得光速多大？Km/s按運(yùn)動(dòng)合成得:實(shí)際測(cè)得:Km/s1)愛(ài)因斯坦理論是牛頓理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律2)光速不變?cè)磉m用的條件:A）慣性系；B）真空中(介質(zhì)中的光速C=C/n)

“照亮我的道路,并不斷給我新的勇氣去愉快地正視生活理想的是善、是美、是真”。

“人只有獻(xiàn)身社會(huì),才能找出那實(shí)際上是短暫而又有風(fēng)險(xiǎn)的生命的意義”!他剖析自己的科學(xué)感受時(shí)說(shuō)：Einstein對(duì)相對(duì)論的解釋:

當(dāng)你和一個(gè)漂亮姑娘在一起坐一小時(shí),你感覺(jué)只坐了一分鐘,當(dāng)你坐在火爐旁一分鐘,就好象坐了一小時(shí),這就是相對(duì)論?！?/p>

科學(xué)的頭腦就是去懷疑,

去證實(shí),

去發(fā)現(xiàn)的精神!”AlbertEinstein世紀(jì)偉人相對(duì)論原稿相對(duì)論好象是：“光彩奪目的火箭，它在黑暗的夜空，突然劃出一道道十分強(qiáng)烈的光輝，照亮了廣闊的未知領(lǐng)域?！?/p>

——德布羅意

瞬間一別路漫漫，但覺(jué)未過(guò)光速關(guān)。鐘尺合須靜里用，云山偏向動(dòng)中看。時(shí)空相對(duì)非虛語(yǔ)，質(zhì)能并增豈等閑。權(quán)將電波傳信息，只緣相見(jiàn)難上難?？缂嗥谛请H游，一別瞬息見(jiàn)三秋。動(dòng)境鐘尺多疑難，因果規(guī)律乃存留。質(zhì)能守恒驚人數(shù)，時(shí)空相對(duì)盡眼收。權(quán)將光波通信息，歸來(lái)尚須苦作舟。

愛(ài)因斯坦給后人的信

一天，愛(ài)因斯坦正在撰寫(xiě)光電效應(yīng)定律的論文，美國(guó)總統(tǒng)羅斯福打來(lái)電話，讓他給５０００年后的人們寫(xiě)一封信。愛(ài)因斯坦笑了，說(shuō)：“總統(tǒng)，您真會(huì)開(kāi)玩笑，要我寫(xiě)些什么呢？”羅斯福非常鄭重地說(shuō)：“把我們這個(gè)時(shí)代人們的思想和科學(xué)的發(fā)展，告訴５０００年后的人們，讓他們對(duì)我們有所了解?！薄斑@樣的信，即使寫(xiě)了也沒(méi)法寄啊！”愛(ài)因斯坦說(shuō)，“沒(méi)有這樣的郵差?！?/p>

“這個(gè)，我考慮過(guò)?！绷_斯福成竹在胸，“有的。我們給他們做一個(gè)安全固定的信箱，５０００年后，他們到那里去取就是了……”愛(ài)因斯坦饒有興趣地點(diǎn)點(diǎn)頭說(shuō)：“還是總統(tǒng)有辦法。”

羅斯福１９３３年任美國(guó)第３２屆總統(tǒng)，業(yè)績(jī)輝煌。他所以叫愛(ài)因斯坦給５０００年后的人們寫(xiě)信，要的是名人效應(yīng)。愛(ài)因斯坦是偉大的科學(xué)家，在物理學(xué)的許多方面做出了卓越的貢獻(xiàn)，特別是相對(duì)論，揭示了空間—時(shí)間的辯證關(guān)系，無(wú)論在科學(xué)上還是在哲學(xué)上，都具有重要的歷史意義。１９３８年８月１０日，愛(ài)因斯坦寫(xiě)了《致后人書(shū)》——

“我們的時(shí)代富于創(chuàng)造思想。我們的發(fā)現(xiàn)本應(yīng)該可以大大地使我們的生活輕松愉快。我們利用電能橫渡大洋。我們使用電能來(lái)減輕人類(lèi)的繁重的體力勞動(dòng)。我們學(xué)會(huì)了飛行。我們利用電波很容易地把消息發(fā)到全球各地去。”

“但是，雖然有著這一切，我們的商品的生產(chǎn)和分配是完全無(wú)組織的，人們必須生活在憂(yōu)慮中，擔(dān)心被人從經(jīng)濟(jì)生活中拋出，失去一切。除此之外，生活在不同國(guó)家中的人們每隔一個(gè)長(zhǎng)短不等的時(shí)間就要進(jìn)行互相殺戮，因此，每一個(gè)想到未來(lái)的人必然都生活在經(jīng)常的憂(yōu)慮中。”

“我相信，我們的后人將懷著一種理所當(dāng)然的優(yōu)越感讀上面這幾行文字吧?！?/p>

愛(ài)因斯