高中物理必修2人教版6.6经典力学的局限性（共25张ppt）

(共25张PPT)
第
6
节：经典力学的局限性
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
著名物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。”
像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。那么经典力学在什么范围内适用呢？又有怎样的局限性呢？
一.经典力学的发展历程
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
亚里士多德
伽利略
笛卡尔
惠更斯
牛
顿
主要科学研究方法
力学方面的主要成就
1.
请分析比较下列科学家对经典力学的贡献
观察、思维、推理
观察实验、假设、数学推理三者相结合
两个反面结论：①力是维持物体运动的原因
②重物体比轻物体下落得快
①自由落体运动规律
②力学相对性原理
实验观察、数学推理
惯性定律
实验、数学推理
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
归纳与演绎、综合与分析、实验观察
①三大运动定律
②万有引力定律
(1)
实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。
(2)
确定了自然科学应有的基本特征。
(3)
将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支，形成了完整的经典力学体系。
2.经典力学的成就
经典时空观
狭义相对论时空观
光速
同时
时间与空间
质量
相对的
绝对的（不变）
绝对的
与运动无关，绝对的
与运动无关，不变的
相对的
与运动有关，相对的
随速度增大而增大
二、经典时空观与相对论时空观
牛顿说：如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。
经典力学金字塔的建立
牛顿
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
笛卡尔、胡克、哈雷等
开普勒
创立狭义相对论
阿尔伯特·爱因斯坦
19
世纪末科学家们发现，当研究有关光的问题时，用经典物理的理论解释一些相关现象，就会产生尖锐的矛盾。为了解决这一矛盾，爱因斯坦于
1905
年提出了狭义相对论。
伦琴
汤姆生
贝克勒耳
第二次革命的导火索，是物理学史上的三大发现：伦琴发现
X
射线、汤姆生发现、贝克勒耳发现天然放射线，使物理学的研究从宏观领域进入了微观世界。
从宏观到微观
人们发现，微观粒子所表现出的现象用经典物理理论根本无法解释。为了克服这一困难，德国物理学家普朗克大胆提出了量子的观点，爱因斯坦等物理学家又将量子论进一步丰富、发展，形成了现代量子力学理论。
量子力学创立
普朗克
1.
高速的概念
所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速。
2.
在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大。即
3.
经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动。
三、从低速到高速
1.
宏观世界粒子的运动特点
粒子具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置。
2.
微观粒子的运动特点
就单个粒子来说，其运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性。
3.
经典力学只适用于宏观世界不适用于微观世界。
四、从宏观到微观
1.
经典力学与行星轨道的矛盾
按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。
实际观测到的水星的运动情况，与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合的很好。
2.
经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。
五、从弱引力到强引力
六、经典力学的局限性和适用范围
1.
经典力学只适用于物体的低速运动(
v
<<
c
)。
2.
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。
3.
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。
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所有相对于惯性系做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。
惯性参考系
1.
爱因斯坦相对性原理：在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的。
2.
光速不变原理：真空中的光速在不同的参考系中都是相同的。
狭义相对论的两个基本假设
1.
时间的相对性
——“钟慢效应”
式中
v
是物体运动的速度，c
是真空中的光速，Δt′
是运动体中的观察者观察到的时间间隔，
Δt
是地面上的观察者观察到的时间间隔。
由于
1(
v/c
)2
＜1，所以
Δ
t
＞
Δt′，即运动体中的观察者观察到的时间间隔变短了，从地面上观察运动物体的时间变慢了。这就是所谓的“钟慢效应”。
时间的相对性符合以下规律
2.
空间的相对性
——“尺缩效应”
式中
v
是运动物体的速度，c
是真空中的光速，L′是运动体中的观察者测得的长度，L
是地面上的观察者测得的长度。
由于
1(
v/c
)2
＜1，所以
L＜
L′，即地面上的观察者观察到运动体的长度变短了。这就是所谓的“尺缩效应”。
空间的相对性符合以下规律
1.
从低速到高速：经典力学适用于低速
2.
从宏观到微观：经典力学适用于宏观
3.
从弱力到强力：经典力学适用于弱力
B
1.
下列有关物体的质量与速度的关系的说法，正确的是
(
)
A.
物体的质量与物体的运动速度无关
B.
物体的质量随物体运动速度的增大而增大
C.
物体的质量随物体运动速度的增大而减小
D.
当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
2.
对于公式
，下列说法中正确的是
(
)
A.
式中的
m0
是物体以速度v运动时的质量
B.
当物体的运动速度
v
>
0
时，物体的质量为
m
>
m0，即物体质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的
C.
当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D.
通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化
CD
3.
关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是
(　　
)
A.
狭义相对论和经典力学是相对立、互不相容的两种理论
B.
在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律
C.
经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动
D.
不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的
BC
4.
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
BCD
5.
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？
不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。