高一课件集第一、二节 经典力学的成就与局限性 经典时空观与相对论时空观

第五章经典力学与物理学革命第一、二节经典力学的成就与局限性经典时空观与相对论时空观1、了解经典力学的发展历程。2、了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时社会发展的影响。3、认识经典力学的局限性和适用范围。4、了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因。5、知道经典时空观与相对论时空观的主要区别。你认为他们谁更伟大呢？实际上他二人都非常伟大，只是二人处在物理学发展的不同时期牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人，相对论——“质能关系”的提出者，“相对论量子力学诠释”的捍卫者（振动的粒子）——不掷骰子的上帝一经典力学的发展历程：宋末元初以前中国的物理学研究一直以来领先于西方。中国古代著名的物理学家：张衡祖冲之地动仪、浑天仪指南车《墨经》(春秋战国)——世界上最早的物理学著作。《考工记》——世界上最早的应用物理学著作。经典力学理论却是由西方世界于16世纪起建立和完善。哥白尼——创立日心说伽利略——发现惯性定律、落体定律和力学相对性原理。笛卡儿——比较完整的第一次表述了惯性定律。惠更斯——解决了完全弹性碰撞问题开普勒——发现了行星运动规律经典物理学大师——牛顿，将经典力学概括表述为三个运动定律和万有引力定律：牛顿第一定律：（惯性定律）牛顿第二定律：（力与加速度之间的关系）牛顿第三定律：（作用力与反作用力定律）牛顿的这些成就都是在继承前人的观点上通过分析和推理得来的，所以他自己说：我之所以看得远，那是因为站在巨人的肩膀上。二经典力学的伟大成就1、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；2、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；3、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。三经典力学的局限性和适用范围：十九世纪末，随着经典物理学的不断完善，特别是麦克斯韦四个电磁波方程的写出，人们都以为物理学的大厦已经建立起来，后世的物理学家们只需做些修修补补的工作，所有的经典物理学问题都能迎刃而解。但二十世纪初，物理学有三个新的重大发现（X射线发现、电子发现、放射性发现），这些事实却是用经典物理学理论无法解释的。即当物理学进入到超高速或微观领域后，经典物理学规律就不适用了！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。经典力学的适用范围什么是惯性参考系？1.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2.伽利略相对性原理对于所有的惯性系，力学规律都是相同的。3.经典时空观（绝对时空观）时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响4.经典力学的几个基本结论①同时的绝对性②时间间隔的绝对性③空间距离的绝对性四经典时空观不同的参考系中观察物体的运动情况可能不同，物体在空间移动这一概念也是相对的．在不同参考系中观察物体的运动情况5.经典时空观的困惑当火车未动乘客行走时,观察者认为乘客的速度为V2V1当火车以V1运动,乘客行走时,观察者认为乘客的速度为V2+V1光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾？但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的。v光速＝c光速＝vc经典时空观认为伽利略相对原理和电磁规律的矛盾促使人们思考下述问题：绝对时空观的观念是不是需要修正？困惑？？？这个时候整个物理学界陷入20世纪最伟大的科学家爱因斯坦对这个问题进行了深入研究，并在1905年发表了论文《论动体的电动力学》，在这篇论文里对上述问题作出了对整个物理学界乃至整个科学界都有变革意义的回答。在这篇论文中，爱因斯坦提出了两个假设，并在这两个假设的基础上构筑了狭义相对论力学。爱因斯坦假设1、相对性原理物理学定律在所有的惯性系中都是一样的，也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关2、光速不变原理在任何惯性系中，自由空间（真空）中的光速具有相同的量值1、同时的相对性五相对论时空观结论（1）沿两惯性系相对运动方向发生的两个事件，在其中一个惯性系中表现同时发生，在另一惯性系中表现不同时发生。（2）对不同参考系，同样两事件之间的时间间隔是不同的。即：时间量度是相对的，并且与相对运动速度有关。S′相对S系的速度越大，在S系测两事件的时间间隔就越长。2.运动的时钟变慢时钟相对于观察者静止时走得快，相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟要变慢。3.运动的尺子变短v一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大。相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度缩短，速度越快，缩得越短。即运动的尺子要缩短。4.物体质量随速度的增大而增大02mmv1c1.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“神舟”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【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。【答案】BCD2.下面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AC3.一列火车以速度v相对地面运动．如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中正确的是（）A．火车上的人测得，闪光先到达前壁B．火车上的人测得，闪光先到达后壁C．火车上的人测得，闪光同时到达车厢的前壁和后壁D．条件不足，无法确定A4.如果有一支静止时长30m的火箭，以光速的二分之一的速度从观察者的身边掠过，以下说法中正确的是（）A．地面上的观察者测得的火箭长为30mB．地面上的观察者测得的火箭长小于30mC．地面上的观察者测得的火箭长大于30mD．火箭上的观察者测得的火箭长为30mBD