經(jīng)典力學(xué)的成就及其局限性

經(jīng)典力學(xué)的成就及其局限性演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)（優(yōu)選）經(jīng)典力學(xué)的成就及其局限性目前二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)亞里士多德伽利略笛卡兒惠更斯牛頓國(guó)別生活年代古希臘,約公元前384～公元前322年意大利,1564～1642年法國(guó),1596～1650年荷蘭,1629～1695年英國(guó),1642～1727年主要的科學(xué)研究方法觀察、思維、推理觀察實(shí)驗(yàn)、假設(shè)、數(shù)學(xué)推理三者相結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察、數(shù)學(xué)推理實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)推理歸納與演繹、綜合與分析、實(shí)驗(yàn)觀察等力學(xué)方面的主要成就兩個(gè)反面的結(jié)論:①力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。②重的物體比輕的物體下落得快。①自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。②力學(xué)相對(duì)性原理慣性定律①制成了世界上第一架計(jì)時(shí)擺鐘。②測(cè)量出重力加速度的值。①三大運(yùn)動(dòng)定律、②萬(wàn)有引力定律?？茖W(xué)家對(duì)經(jīng)典力學(xué)的貢獻(xiàn)目前三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)牛頓伽利略、第谷哥白尼、亞里士多德笛卡爾、胡克、哈雷等牛頓所說:"如果說我看得遠(yuǎn),那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟稀?經(jīng)典力學(xué)金字塔的建立開普勒萬(wàn)有引力定律牛頓三大定律目前四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)牛頓的科學(xué)方法"科學(xué)足跡"中總結(jié)了牛頓的科學(xué)方法,這些科學(xué)方法值得我們借鑒。

重視實(shí)驗(yàn):重視實(shí)驗(yàn),從歸納入手,這是牛頓科學(xué)方法論的基礎(chǔ)。

邏輯推論:為了歸納成功,不僅需要大量的可靠資料與廣博的知識(shí),而且要有清晰的邏輯頭腦。

數(shù)學(xué)歸納:事物之間的本質(zhì)聯(lián)系只有通過數(shù)學(xué)才能歸納為能夠測(cè)量、應(yīng)用和檢驗(yàn)的公式和定律。目前五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律更確立了牛頓的地位,牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律在宏觀、低速、弱引力的廣闊領(lǐng)域,經(jīng)受實(shí)踐檢驗(yàn)。目前六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲…等都遵循的規(guī)律—能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。目前七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面再加幾位罷了！

但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云……”正如1900年英國(guó)物理學(xué)家開爾文在展望20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的文章中說到：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！?-開爾文--目前八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)兩朵烏云1、邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)測(cè)得光速是不變的。經(jīng)典力學(xué)不能解決高速運(yùn)動(dòng)問題（接近光速）2、黑體輻射出的能量不是連續(xù)的經(jīng)典力學(xué)不能解釋微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象目前九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)熱輻射實(shí)驗(yàn)邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一場(chǎng)革命性的風(fēng)暴，烏云落地化作春雨，澆灌著兩朵鮮花。目前十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)相對(duì)論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域目前十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)物體運(yùn)動(dòng)的軌跡依賴于觀察者所處的參考系14-1力學(xué)相對(duì)性原理伽利略變換目前十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)：物體相對(duì)基本參考系（S系）的運(yùn)動(dòng).1、幾個(gè)概念相對(duì)運(yùn)動(dòng)：物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)參考系（S’系）的運(yùn)動(dòng).牽連運(yùn)動(dòng)：S’系相對(duì)S系的運(yùn)動(dòng).

一.伽利略坐標(biāo)變換牽連速度

絕對(duì)速度相對(duì)速度目前十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)*目前十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)*速度變換公式同時(shí)具有絕對(duì)性.時(shí)間具有絕對(duì)性.空間具有絕對(duì)性.目前十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)加速度變換

在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中,物體運(yùn)動(dòng)所遵循的力學(xué)規(guī)律具有相同的形式.---伽利略相對(duì)性原理（力學(xué)相對(duì)性原理）*目前十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn) 某航空母艦上的戰(zhàn)斗機(jī)起飛過程中最大加速度是a＝4.5m/s2，飛機(jī)速度要達(dá)到v0＝60m/s才能起飛，航空母艦甲板長(zhǎng)為L(zhǎng)＝289m，為使飛機(jī)安全起飛，航空母艦應(yīng)以一定速度航行以保證起飛安全，求航空母艦最小速度v是多少？(設(shè)飛機(jī)起飛對(duì)航母的狀態(tài)沒有影響，飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)可以看作勻加速運(yùn)動(dòng))．目前十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)vt2－v02=2ax由得如果航空母艦靜止不動(dòng)，飛機(jī)正常起飛航空母艦長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)=602/2*4.5=400m航空母艦的長(zhǎng)度為289m，飛機(jī)正常起飛嗎？289m400m航空母艦的長(zhǎng)度不夠長(zhǎng)怎么辦？不能正常起飛目前十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)答案：該同學(xué)解法是錯(cuò)誤的．目前十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)以岸為參考系，v＝9m/s.目前二十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)以船為參考系目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)絕對(duì)空間:空間與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān),空間絕對(duì)靜止.空間的度量與慣性系無(wú)關(guān),絕對(duì)不變．絕對(duì)時(shí)間:時(shí)間均勻流逝,與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān),所有慣性系有統(tǒng)一的時(shí)間.牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀注意牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理,宏觀、低速的范圍內(nèi),是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的.但在高速運(yùn)動(dòng)情況下則不適用.

目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)到了19世紀(jì)末，面對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，經(jīng)典力學(xué)遇到了困難.在新事物面前，愛因斯坦打破了傳統(tǒng)的時(shí)空觀，于1905年發(fā)表了題為《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》的論文，提出了狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，?chuàng)建了狹義相對(duì)論.狹義相對(duì)論一深?yuàn)W難懂著稱，并且他的出現(xiàn)，使整個(gè)世界都處于震驚和爭(zhēng)論之中，繼狹義相對(duì)論之后，1915年愛因斯坦又建立了廣義相對(duì)論，指出空間——時(shí)間不可能離開物質(zhì)而獨(dú)立存在，空間的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，使人類對(duì)于時(shí)間、空間和引力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)大大深化了。愛因斯坦（1879-1955）目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)相對(duì)論有狹義相對(duì)論、廣義相對(duì)論之分：關(guān)于慣性系時(shí)空觀的理論狹義相對(duì)論（1905）廣義相對(duì)論（1915）關(guān)于一般參照系及引力的理論目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)真空中的光速是常量，沿各個(gè)方向都等于c，與光源或觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān).1狹義相對(duì)性原理

物理規(guī)律在所有慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.2光速不變?cè)硪华M義相對(duì)論的基本假設(shè)目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)洛倫茲變換式符合相對(duì)論理論的時(shí)空變換關(guān)系．設(shè)時(shí)，重合;事件P的時(shí)空坐標(biāo)如圖所示.*目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)1、洛倫茲坐標(biāo)變換式逆變換正變換目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2洛倫茲速度變換式正變換逆變換目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)狹義相對(duì)論的結(jié)論目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)兩種不同的時(shí)空觀(一)經(jīng)典時(shí)空觀(絕對(duì)時(shí)空觀)(1)同時(shí)的絕對(duì)性(2)時(shí)間間隔的絕對(duì)性(3)空間距離的絕對(duì)性時(shí)間、長(zhǎng)度和質(zhì)量這三者都與參考系的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。(1)同時(shí)是相對(duì)的(3)動(dòng)尺變短(4)運(yùn)動(dòng)的物體質(zhì)量變大（二）相對(duì)論時(shí)空觀(2)動(dòng)鐘變慢時(shí)間、長(zhǎng)度和質(zhì)量這三者都與參考系的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。目前三十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)基本公式歸納靜止能量能量相對(duì)論因子動(dòng)能質(zhì)量動(dòng)量靜止質(zhì)量

力狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基本公式歸納目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)從弱引力到強(qiáng)引力

目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)閱讀課本第50頁(yè)，歸納萬(wàn)有引力定律與愛因斯坦引力理論的主要差異：1）牛頓的萬(wàn)有引力定律認(rèn)為：物體的半徑減小，其表面的萬(wàn)有引力與半徑的二次方成反比的增大，對(duì)于半徑接近于零的物體。其表面上的萬(wàn)有引力接近于無(wú)窮大。目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2）愛因斯坦理論認(rèn)為：物體的半徑減小時(shí)，其表面的萬(wàn)有引力比二次方成反比規(guī)律增大得多，引力趨于無(wú)窮大，發(fā)生在接近一個(gè)“引力半徑”的時(shí)候。何為天體的引力半徑?假定一個(gè)球形天體的質(zhì)量不變，并通過壓縮減小它的半徑，天體表面上的引力將會(huì)增加，當(dāng)引力趨于無(wú)窮大時(shí)，被壓縮天體半徑接近的值——“引力半徑”．目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)只要天體的實(shí)際半徑遠(yuǎn)大于它們的引力半徑，那么愛因斯坦和牛頓的理論計(jì)算出的力的差異并不很大．但當(dāng)天體的實(shí)際半徑接近引力半徑時(shí)，這種差異將急劇增大．這就是說，在強(qiáng)引力的情況，牛頓的萬(wàn)有引力理論將不再適用．目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)水星旋進(jìn)目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)1廣義相對(duì)性原理所有物理學(xué)規(guī)律對(duì)所有的參照系都成立2等效原理二廣義相對(duì)論一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

如果飛船做勻加速運(yùn)動(dòng)，在光向右傳播的同時(shí)，飛船的速度也在不斷增大，因此飛船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲

如果飛船做勻速直線運(yùn)動(dòng)，船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條直線（虛線）飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的（水平向右）目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)通常物體的引力場(chǎng)都太弱，20世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的光線彎曲．太陽(yáng)由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的作用，我們有可能觀測(cè)到太陽(yáng)后面的恒星，最好的觀測(cè)時(shí)間是發(fā)生日全食的時(shí)候．1919年5月29日，發(fā)生日全食，英國(guó)考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測(cè)，證實(shí)了愛因斯坦的預(yù)言，這是對(duì)廣義相對(duì)論的最早證實(shí)．目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)各類星體對(duì)比

宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢(shì)比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)程比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移．2、引力紅移目前四十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了“彎曲”：目前四十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)狹義、廣義相對(duì)論比較狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的

任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同的真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的

一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)更進(jìn)一步等效原理光速恒定愛因斯坦相對(duì)性原理廣義相對(duì)性原理目前四十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)三、經(jīng)典力學(xué)在分析微觀的困難第二次革命的導(dǎo)火索是物理學(xué)史上的三大發(fā)現(xiàn):倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子、貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射線,使物理學(xué)的研究從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入了微觀世界。人們發(fā)現(xiàn),微觀粒子所表現(xiàn)出的現(xiàn)象用經(jīng)典物理理論根本無(wú)法解釋。倫琴發(fā)現(xiàn)X射線湯姆生發(fā)現(xiàn)電子貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射線宏觀領(lǐng)域微觀世界目前四十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)經(jīng)典力學(xué)難以解釋微觀粒子的運(yùn)動(dòng):科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性,同時(shí)還具有波動(dòng)性,它們的運(yùn)動(dòng)在很多情況下不能用經(jīng)典力學(xué)來說明。20世紀(jì)20年代量子力學(xué)的出現(xiàn),才很好地揭示了微觀世界的基本規(guī)律。經(jīng)典力學(xué)(牛頓運(yùn)動(dòng)定律)在宏觀世界中成立(適用),微觀世界不適用。普朗克創(chuàng)立量子力學(xué)目前四十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)電子云電子有波粒二象性，它不像宏觀物體的運(yùn)動(dòng)那樣有確定的軌道，因此畫不出它的運(yùn)動(dòng)軌跡。我們不能預(yù)言它在某一時(shí)刻究竟出現(xiàn)在核外空間的哪個(gè)地方，只能知道它在某處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)有多少。為此，就以單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)幾率，即幾率密度大小，用小白點(diǎn)的疏密來表示。小白點(diǎn)密處表示電子出現(xiàn)的幾率密度大，小白點(diǎn)疏處幾率密度小，看上去好像一片帶負(fù)電的云狀物籠罩在原子核周圍，因此叫電子云。目前四十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)20世紀(jì)20年代,海森堡、薛定諤、玻爾、玻恩、狄拉克等物理學(xué)家建立了量子力學(xué)。開始,海森堡和薛定諤互相獨(dú)立地提出了數(shù)學(xué)表達(dá)形式不同的理論,后來薛定諤很快就證明了這兩種理論是完全等價(jià)的,是對(duì)同一事物的兩種描述方式。薛定諤的理論更接近德布羅意的物質(zhì)波的觀念,也常常稱為波動(dòng)力學(xué)。薛定諤力圖用數(shù)學(xué)形式來描述物質(zhì)的波粒二象性,他從麥克斯韋的光