1、6.经典力学的局限性FF=mav=atv=C?m牛顿运动定律牛顿运动定律万有引力定律万有引力定律经典力学经典力学一、经典力学（经典力学（17-19c）笛卡尔笛卡尔笛卡尔笛卡尔经验主义：必须有力作用在物体上物体才能运动经验主义：必须有力作用在物体上物体才能运动理想实验（斜面）：物体保持运动不需要力维持理想实验（斜面）：物体保持运动不需要力维持如果运动中物体没受到力。如果运动中物体没受到力。将以同一速度沿以直线运动。将以同一速度沿以直线运动。牛顿运动定律（惯性定律、加速度定律、牛顿运动定律（惯性定律、加速度定律、作用反作用定律）作用反作用定律）哥白尼：日心说哥白尼：日心说第谷：第谷：20年精心观测
2、数据年精心观测数据开普勒研究第谷数据得三个定律开普勒研究第谷数据得三个定律胡克、哈雷进一步认识胡克、哈雷进一步认识牛顿万有引力定律牛顿万有引力定律万有引力定律万有引力定律亚里士多德、亚里士多德、哥白尼哥白尼牛顿所说：牛顿所说：“如果说我看得远，那是因为我站如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。在巨人们的肩上。”经经典典力力学学金金字字塔塔的的建建立立 由牛顿运动定律导出的机械能守恒由牛顿运动定律导出的机械能守恒定律、动量守恒律等是航空航天技术理定律、动量守恒律等是航空航天技术理论的基础。论的基础。火箭、人造地球卫星、航天火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器飞机、宇宙
3、飞船、行星探测器等航天器的发射的发射,都是牛顿力学规律的应用范都是牛顿力学规律的应用范例例 19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家威廉欢聚一堂。会上，英国著名物理学家威廉.汤姆生发表了新年祝词。他在回顾物理学汤姆生发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在。同时，他在展望展望20世纪物理学前景时，却若有所思地世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的动力理论肯定了热和光是运动的两种方式
4、，现在，两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了却被两朵乌云笼罩了。经典物理学上空的两朵乌云 迈克尔逊和莫雷的试验，证明绝对静止的空间是不存在的。黑体辐射问题。经典物理学不能解释光谱分析中所发现的现象。(一)经典时空观(绝对时空观)(1)时间间隔的绝对性(2)空间距离的绝对性 时间、长度和质量这三者都与参考系的运动无关。两个基本假设：(1)相对性原理(principle of relativity)：物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。(2)光速不变原理(principle of constancy of lightspeed)：在一切惯性参照系中，所
5、测量到的真空中的光速c都一样。二、经典力学的局限性1.相对论时空观(一)从低速到高速(2)动尺变短（尺缩效应）(3)运动的物体质量变大2.狭义相对论结论(1)动钟变慢（钟慢效应）时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。（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。1 min2 min021ttvc min1500tcv999999.0年42.6t（2）相
6、对长度）相对长度 爱尔兰物理学家佛兹杰拉德爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(18511901)提出，物质会在运动的方向上收缩（缩提出，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。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，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。其长度将会缩短为零。0l201vLLc 高能加速器实验验证了相对论时空观的正确性（3）相对
7、质量）相对质量物体运动时的质量与静止质量的关系021mmvc FF=mav=atv=C?m021mmvc 狭义相对论Einstein 对相对论的解释对相对论的解释:当你和一个漂亮姑娘在一起当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时坐一小时,你感觉只坐了一分钟你感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一分钟当你坐在火炉旁一分钟,就好象就好象坐了一小时坐了一小时,这就是相对论。这就是相对论。Albert Einstein世纪伟人世纪伟人（二）、从宏观到微观（二）、从宏观到微观 19世纪末世纪末-20世纪初，深入到微观领域，发现电世纪初，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，同子、质子、中子等
8、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解释不了。时还具有波动性，很多情况下经典力学解释不了。伦琴发现X射线汤姆生发现电子贝克勒耳发现天然放射线宏观领域宏观领域微观世界微观世界 20世纪20 年代量子力学的出现,才很好地揭示了微观世界的基本规律。普朗克创立量子力学爱因斯坦提出的光子的概念，认为光既是电磁爱因斯坦提出的光子的概念，认为光既是电磁波，又是一份一份传播的波，又是一份一份传播的 成功解释了光电效应成功解释了光电效应 1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 薛定谔：微观粒子的轨道完全不确定薛定谔：微观粒子的轨道完全不确定薛定谔的猫：薛定谔的猫：是由奥地利物理学家薛定
9、是由奥地利物理学家薛定谔于谔于1935年提出的有关年提出的有关猫生死叠加猫生死叠加的的著名思想实验，是把微观领域的量子行著名思想实验，是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。为扩展到宏观世界的推演。（三）、从弱引力到强引力（三）、从弱引力到强引力物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用天体半径减小到一定程度时天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为地球的引力半径为1 m,如白矮星如白矮星)，天体间的引力就趋，天体间的引力就趋于无穷大于无穷大，强引力。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。，强引力。黑洞这种极端条件下的宇
10、宙天体。它有极强的吸引力，黑洞本身的巨大质量造成空间弯曲它有极强的吸引力，黑洞本身的巨大质量造成空间弯曲爱因斯坦广义相对论爱因斯坦广义相对论 2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015年12月26日，位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号 引力波的探测引力波的探测牛顿运动定律只适用于弱引力,在强引力的作用下,牛顿的引力理论不再成立。一、经典力学规律只能用于：一、经典力学规律只能用于：低速、低速、宏观、宏观、弱引力。弱引力。二、二、相对论的基本原理相对论的基本原理1、相对性原理、相对性原理（1）相对时间）相对时间（2）相对长度）相对长度（3）相对质量）相对质量2、光速不变原理、光速不变原理021ttvc 201vLLc 021mmvc 互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。宏观低速宏观低速高速高速微观世界微观世界强引力强引力
