《經(jīng)典力學(xué)的局限性》PPT課件

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1、高 中 新 課 標(biāo) 物 理 必 修 2 第 七 章 萬(wàn) 有 引 力 與 航 天 經(jīng)典力學(xué)的局限性 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 ，

2、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) 。 科 學(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

3、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)

4、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

5、 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

6、 無(wú) 關(guān)的 流 逝 著 。 牛 頓 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 。 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

7、 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 ， 為 此 牛 頓花 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

8、 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 。 或 在 所 有 慣 性 系 中 ,物 理 規(guī)律 都 具 有 相 同 的 形 式 。 愛(ài) 因 斯 坦 火 車(chē)

9、: AB K 系中 點(diǎn) AB K 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DC K 系DC 1、 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

10、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 0 21 tt vc 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 小 ） ， 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

11、 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 2 0 1 vL L c 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0 21 mm vc 2、 光 速 不 變 原 理 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

12、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 ？30 20 50c c u K m/s按 運(yùn) 動(dòng) 合 成 得 : 30c c 實(shí) 際 測(cè) 得 : K m/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 原 理 適 用 的 條 件 :A） 慣 性 系 ； B） 真 空 中 (介 質(zhì) 中 的

13、 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 。

14、“ 科 學(xué) 的 頭 腦 就 是 去 懷 疑 , 去 證 實(shí) , 去 發(fā) 現(xiàn) 的 精 神 ! ” Albert Einstein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 。 ” 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

15、相 見(jiàn) 難 上 難 ?？?箭 相 期 星 際 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(huà) ， 讓 他給 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 ？ ”

16、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 年 后 的 人 們 ， 讓 他 們 對(duì) 我 們 有 所 了解 。 ” “ 這 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 。 ” “ 這 個(gè) ， 我 考 慮 過(guò) 。 ” 羅 斯 福 成 竹 在 胸 ，“ 有 的 。 我 們 給 他 們 做 一 個(gè) 安 全 固 定 的 信 箱 ， 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)

17、 有 辦 法 。 ” 羅 斯 福 年 任 美 國(guó) 第 屆 總 統(tǒng) ，業(yè) 績(jī) 輝 煌 。 他 所 以 叫 愛(ài) 因 斯 坦 給 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 。 年 月 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)

18、 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

19、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 。 ” 愛(ài) 因 斯 坦 的 這 封 給 后 人 的 信 是 用 特 制的 墨 水 和 紙 寫(xiě) 成 的 。 與 其 它 的 文 件 一 起 裝進(jìn) 一 個(gè) 特 制 的 鋼 體 里 ， 埋 入 紐 約 當(dāng) 時(shí) 準(zhǔn) 備動(dòng) 工 興 建 的 國(guó) 際 博 覽 會(huì) 建 筑 地 基 下 面 米 的 花 崗 巖 洞 內(nèi) ， 地 面 立 有 一 碑 柱 ， 要 人們 在 年 后 ， 即 公 元 年 取出 鋼 體 內(nèi) 的 東 西 。 愛(ài) 因 斯 坦 的 致 后 人 書(shū) ， 許 多 報(bào) 刊上 登 過(guò) ， 年 后 的 人 們 如 果 只 想 讀到 這 封 信 ， 根 本 用 不 著 去 碰 國(guó) 際 博 覽 會(huì) 地基 下 的 那 顆 “ 定 時(shí) 炸 彈 ” 。 CLASS OVER Thank You !