第六节-经典力学的局限性

第六节经典力学的局限性古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中埋没风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬勃成长。科学巨匠哥白尼、第谷、开普勒、伽利略以及笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的层层罗网，不断取得胜利。牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和科学文化新变革的时代诞生的。17世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点。重大成就时间阿基米德发现浮力定律公元前三世纪开普勒发现行星运动定律1609，1619伽利略阐明了运动的相对性原理1632伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理1638帕斯卡发现帕斯卡原理1653马德堡半球实验、验证大气压力1663发现胡克定律——弹簧弹力和形变的关系1678牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐明了运动定律和万有引力定律1687收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序由远及近排列，你是否发现取得重大成就的时间间隔越来越短？这说明了什么？一.经典力学的发展历程亚里士多德伽利略笛卡儿惠更斯牛顿国别生活年代古希腊，约公元前384～公元前322年意大利，1564～1642年法国，1596～1650年荷兰，1629～1695年英国，1642～1727年主要的科学研究方法观察、思维、推理观察实验、假设、数学推理三者相结合实验观察、数学推理实验、数学推理归纳与演绎、综合与分析、实验观察等力学方面的主要成就两个反面的结论：①力是维持物体运动的原因。②重的物体比轻的物体下落得快。①自由落体运动规律②力学相对性原理惯性定律①制成了世界上第一架计时摆钟。②测量出重力加速度的值。①三大运动定律、②万有引力定律。请分析比较下列科学家对经典力学的贡献经典力学发展的三个阶段第一阶段：伽利略、牛顿时代之前。人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还没有成为独立的科学。这个阶段对力学作出突出贡献的是阿基米德。第二阶段：从伽利略到牛顿。是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础。第三阶段：牛顿之后。经典力学又有新的发展，这一阶段主要是后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。二.经典力学的伟大成就⑴把人类对整个自然界的认识推进到一个新水平，牛顿从力学上证明了自然界的统一；⑵经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的基本特征，这标志着近代理论自然科学的诞生，也成为其他各门自然科学的典范；⑶经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会的进步具有深远影响：①经典力学形成的科学研究方法的推广应用；②经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促进了自然科学的进一步发展；③经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的发展。经典力学经典物理学体系：经典力学，热学、声学、光学、电磁学伽利略生物力学热弹性力学磁流体力学化学流体动力学等离子体动力学地质力学天体力学塑性力学流体力学弹性力学刚体力学经典力学力动量能量阿尔伯特·爱因斯坦创立狭义相对论.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。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微观世界普朗克创立量子力学经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体；相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。三.经典力学的局限性和适用范围⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（vc）⑵经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象⑶经典力学规律只在惯性参考系中成立——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。※牛顿运动定律与参考系※惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。①所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。②所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。选择的参考系不同，对运动的描述就不同：例如：让两小球从同一高度同时自由下落。符合牛顿运动定律不符合牛顿运动定律惯性系非惯性系【例题】牛顿定律能适用于下列哪些情况？A.研究原子中电子的运动B.研究“神州”五号的高速发射C.研究地球绕太阳的运动D.研究飞机从深圳飞往北京的航线【答案】BCD【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。【例题】两台升降机甲、乙同时自由下落甲上的人看到乙是静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没有改变，但是乙确实受到向下的地球引力。根据牛顿定律，受到外力作用的物体，其运动状态一定会改变，这不是有矛盾吗？你是如何理解的？【提示】牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。【答案】不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。经典力学的成就与局限性检测题有关科学家和涉及的事实，正确的说法是A．哥白尼创立了日心说B．伽利略发现了行星运动规律C.惠更斯解决了弹性碰撞问题D．爱因斯坦提出了量子论(AC)(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。2201cvtt(2)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。201vLLc(3)相对质量：物体运动时的质量与静止质量的关系021mmvc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。光速不变原理适用的条件:(A)惯性系；(B)真空中