《高中物理 6_6 經(jīng)典力學(xué)的局限性課件 新人教版必修21》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 6_6 經(jīng)典力學(xué)的局限性課件 新人教版必修21（18頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、經(jīng) 典 力 學(xué) 的 局 限 性 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 基 礎(chǔ) 是 牛 頓 運(yùn) 動(dòng) 定 律 ， 萬 有 引 力定 律 更 是 樹 立 了 人 們 對 牛 頓 物 理 學(xué) 的 尊 敬 。著 名 物 理 學(xué) 家 楊 振 寧 曾贊 頌 到 ： “ 如 果 一 定 要舉 出 某 個(gè) 人 、 某 一 天 作為 近 代 科 學(xué) 誕 生 的 標(biāo) 志 ，我 選 牛 頓 自 然 哲 學(xué) 的數(shù) 學(xué) 原 理 在 1687年 出 版的 那 一 天 。 ” 像 一 切 科 學(xué) 一 樣 ， 它 沒 有 也 不 會(huì) 窮 盡一 切 真 理 ， 它 也 有 自 己 的 局 限 性 它 像一 切 科 學(xué) 理 論 一 樣 ， 是 一

2、部 “ 未 完 成 的交 響 曲 ” 那 么 經(jīng) 典 力 學(xué) 在 什 么 范 圍 內(nèi)適 用 呢 ?有 怎 樣 的 局 限 性 呢 ? 一、從低速到高速 例 如 ： 在 一 個(gè) 無 限 大 的 光 滑 水 平面 上 ， 有 一 質(zhì) 量 為 m的 物 體 ， 在 一 個(gè) 水平 恒 力 F的 作 用 下 ， 從 靜 止 開 始 運(yùn) 動(dòng) 。根 據(jù) 牛 頓 第 二 定 律 可 知 物 體 將 以 加 速度 a=F/m做 勻 加 速 直 線 運(yùn) 動(dòng) 。由 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 公 式 可 知 ： 物 體 的 速 度 v=at推 理 ： 隨 著 時(shí) 間 的 推 移 ， 物 體 的 速 度 不 斷 增 大 ， 最 終

3、可 使 物 體 獲 得任 意 速 度 。 但 事 實(shí) 并 非 如 此 。 常 識 告 訴 我 們 ， 物 體 運(yùn) 動(dòng) 速 度 是 有 極限 的 ， 現(xiàn) 在 已 知 的 最 大 速 度 是 光 速 ， 且 現(xiàn) 在 也 無 法 使 物 體 運(yùn) 動(dòng) 超 越這 個(gè) 速 度 ， 這 是 經(jīng) 典 力 學(xué) 無 法 解 答 的 。 這 是 什 么 原 因 造 成 的 呢 ？ 是否 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 錯(cuò) 誤 ？ Fm 愛 因 斯 坦 在 狹 義 相 對 論 中 闡 述了 物 體 以 接 近 光 速 運(yùn) 動(dòng) 所 遵 循 的規(guī) 律 ， 得 出 了 一 些 不 同 與 經(jīng) 典 力學(xué) 的 觀 念 和 結(jié) 論 。1、

4、在 經(jīng) 典 力 學(xué) 中 ， 物 體 的質(zhì) 量 是 不 隨 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 改 變 的 ，而 狹 義 相 對 論 認(rèn) 為 ： 物 體 的質(zhì) 量 要 隨 物 體 運(yùn) 動(dòng) 速 度 的 增大 而 增 大 ， 即 0 221mm c= - v 例 如 ： (1)v 0 8c時(shí) ， 物 體 的 質(zhì) 量 約 增 大 到 靜 止 質(zhì) 量 的1 7倍 ， 這 時(shí) 經(jīng) 典 力 學(xué) 就 不 再 適 用 了 (2)如 地 球 以 v 30km s的 速 度 繞 太 陽 公 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 它 的質(zhì) 量 增 大 十 分 微 小 ， 可 以 忽 略 不 計(jì) ， 經(jīng) 典 力 學(xué) 完 全 適 用 。 質(zhì) 速 關(guān) 系 說 明 0

5、221mm c= - vm0為 靜 止 質(zhì) 量 ， m是 物 體 速 度 為 v時(shí) 的 質(zhì) 量 ， c是 真 空 中 的 光 速 2、 運(yùn) 動(dòng) 的 物 體 和 靜 止 的 物 體 相 比 不 僅 質(zhì) 量 變 了 ，而 且 沿 運(yùn) 動(dòng) 方 向 的 長 度 和 時(shí) 間 都 要 變 化 ， 都 具有 相 對 性 。下 面 的 事 例 可 以 幫 助 我 們 理 解 相 對 論 1971年 8月 的 一 天 ， 一 名 前 蘇 聯(lián) 飛 行 員 例 行 飛 行 時(shí) ， 無 意 中“ 闖 入 ” 古 埃 及 ， 他 看 到 一 座 座 金 字 塔 剛 剛 奠 起 塔 基 1982年 一 位 北 約 飛 行

6、 員 在 一 次 飛 行 訓(xùn) 練 中 ， 視 野 里 竟 然 出 現(xiàn)了 數(shù) 百 只 恐 龍 ， 飛 機(jī) 竟 然 來 到 史 前 非 洲 大 陸 。 1970年 一 架 272客 機(jī) 在 飛 向 邁 阿 密 國 際 機(jī) 場 的 旅 途 中 ， 也 無故 “ 失 蹤 ” 了 10分 鐘 ， 10分 鐘 后 ， 客 機(jī) 又 在 原 來 的 地 方 出 現(xiàn) 。 失蹤 的 一 剎 那 ， 專 家 們 的 惟 一 的 解 釋 是 時(shí) 間 “ 靜 止 ” 不 動(dòng) 了 時(shí) 間 和 空 間 是 什 么 ？ 時(shí) 間 和 空 間 是 什 么 ？ 二、宏觀到微觀 19世 紀(jì) 末 到 20世 紀(jì) 初 ， 人 們相 繼

7、發(fā) 現(xiàn) 了 電 子 、 質(zhì) 子 、 中 子 等 微觀 粒 子 ， 發(fā) 現(xiàn) 它 們 不 僅 具 有 粒 子 性 ，面 且 具 有 波 動(dòng) 性 ， 它 們 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律不 能 用 經(jīng) 典 力 學(xué) 描 述 20世 紀(jì) 20年 代 ， 建 立 了 量 子 力學(xué) ， 它 能 夠 正 確 地 描 述 微 觀 粒 子 運(yùn)動(dòng) 的 規(guī) 律 性 ， 并 在 現(xiàn) 代 科 學(xué) 技 術(shù) 中發(fā) 揮 了 重 要 作 用 經(jīng) 典 力 學(xué) 一 般 不 適 用 于 微 觀 粒子 普 朗 克 創(chuàng) 立 量 子 力 學(xué) 相 對 論 和 量 子 力 學(xué) 的 出 現(xiàn) ， 是 否 表 示 經(jīng) 典 力 學(xué)失 去 了 意 義 ? 相 對

8、論 和 量 子 力 學(xué) 的 出 現(xiàn) ， 說 明 人 類 對自 然 界 的 認(rèn) 識 更 加 廣 泛 和 深 入 ， 而 不 表 示 經(jīng)典 力 學(xué) 失 去 了 意 義 它 只 是 使 人 們 認(rèn) 識 到 經(jīng)典 力 學(xué) 有 它 的 適 用 范 圍 ： 只 適 用 于 低 速 運(yùn) 動(dòng) ，不 適 用 于 高 速 運(yùn) 動(dòng) ， 只 適 用 于 宏 觀 世 界 ， 不適 用 于 微 觀 世 界 。討 論 與 交 流 三 、 從 弱 引 力 到 強(qiáng) 引 力 萬 有 引 力 屬 于 弱 引 力 利 用 萬 有 引 力 定 律 可 以 解釋 天 體 的 運(yùn) 動(dòng) ， 并 預(yù) 言 和 發(fā) 現(xiàn) 了 海 王 星 和 冥 王

9、 星 ，首 次 把 天 上 的 星 體 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 與 地 面 物 體 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律統(tǒng) 一 起 來 但 是 宇 宙 中 有 一 些 天 體 ， 例 如 白 矮 星 ， 他 們 的 質(zhì) 量接 近 太 陽 ， 半 徑 卻 與 地 球 差 不 多 ， 因 此 密 度 高 達(dá) 1081010kg/m3;中 子 星 的 密 度 更 是 達(dá) 1016 1019kg/m3。 這些 天 體 表 面 的 引 力 比 我 們 常 見 的 引 力 強(qiáng) 的 多 ， 牛 頓 的 引力 理 論 已 經(jīng) 不 適 用 了 。 按 牛 頓 的 萬 有 引 力 定 律 推 算 ， 行 星 的 運(yùn) 動(dòng) 應(yīng) 該 是 一 些

10、 橢 圓 或 圓 ，行 星 沿 著 這 些 橢 圓 或 圓 做 周 期 性 運(yùn) 動(dòng) ， 與 實(shí) 際 觀 測 結(jié) 果 不 符 經(jīng) 典力 學(xué) 也 能 作 出 一 些 解 釋 ， 但 是 ， 水 星 旋 進(jìn) 的 實(shí) 際 觀 測 值 比 經(jīng) 典 力 學(xué)的 預(yù) 言 值 多 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 解 釋 不 能 令 人 滿 意 愛 因 斯 坦 根 據(jù) 廣 義 相 對 論 計(jì) 算 出 水 星 近 日 點(diǎn) 的 旋 進(jìn) 還 應(yīng) 有 43的附 加 值 ， 同 時(shí) 還 預(yù) 言 了 光 線 在 經(jīng) 過 大 質(zhì) 量 的 星 體 附 近 時(shí) ， 如 經(jīng) 過 太陽 附 近 時(shí) 會(huì) 發(fā) 生 偏 轉(zhuǎn) 現(xiàn) 象 并 且 都 被 觀

11、測 證 實(shí) 討 論 與 交 流 1、 實(shí) 際 的 天 文 觀 測 ， 行 星的 運(yùn) 行 軌 道 并 不 是 嚴(yán) 格 閉合 的 ， 它 們 的 近 日 點(diǎn) 在 不斷 地 旋 進(jìn) 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 解釋 令 人 滿 意 嗎 ?用 什 么 理 論來 圓 滿 地 進(jìn) 行 了 解 釋 ? 假 定 一 個(gè) 球 形 天 體 的 質(zhì) 量 不 變 ， 并 通 過 壓 縮 減 小 它 的 半 徑 ， 天體 表 面 上 的 引 力 將 會(huì) 增 加 ， 半 徑 減 少 到 原 來 的 二 分 之 一 ， 引 力 增 加到 原 來 的 4倍 。 這 就 是 平 常 說 的 “ 反 平 方 ” 規(guī) 律 。 愛 因 斯

12、坦 引 力 理論 表 明 ， 這 個(gè) 力 實(shí) 際 上 增 加 的 更 快 些 。 天 體 半 徑 越 小 ， 這 種 差 別 越大 。 當(dāng) 引 力 趨 于 無 窮 大 時(shí) ， 被 壓 縮 天 體 半 徑 接 近 的 值 “引 力 半徑 ” 在 太 陽 或 行 星 的 引 力 場 中 ， 由 愛 因 斯 坦 和 牛 頓 的 理 論 計(jì) 算 出 的力 的 差 異 并 不 很 大 但 當(dāng) 天 體 的 實(shí) 際 半 徑 接 近 引 力 半 徑 時(shí) ， 這 種 差異 將 急 劇 增 大 這 就 是 說 ， 在 強(qiáng) 引 力 的 情 況 下 ， 牛 頓 的 萬 有 引 力 理論 將 不 再 適 用 討 論 與

13、 交 流 2、 何 為 天 體 的 引 力 半 徑 ? 對 于 這 樣 的 科 學(xué) 發(fā) 展 過 程 ， 英 國 劇 作家 蕭 伯 納 曾 詼 諧 地 說 ：“ 科 學(xué) 總 是 從 正 確 走 向 錯(cuò) 誤 ” 這 種 調(diào) 侃 倒 也 不 失 為 一 種 幽 默 的 表 述 討 論 與 交 流 討 論 與 交 流 3、 歷 史 上 的 科 學(xué) 成 就 與 新 的 科 學(xué) 成 就 的 關(guān) 系 是 什 么 ? 歷 史 上 的 科 學(xué) 成 就 不 會(huì) 被 新 的 科 學(xué) 成 就 所 否 定 ， 而是 作 為 某 些 條 件 下 的 局 部 情 形 ， 被 包 括 在 新 的 科 學(xué) 成 就之 中 如 ：

14、 當(dāng) 物 體 的 速 度 遠(yuǎn) 小 于 光 速 c(3X108m s)時(shí) ，相 對 論 與 經(jīng) 典 理 論 的 結(jié) 論 沒 有 區(qū) 別 ； 當(dāng) 另 一 個(gè) 重 要 常 數(shù)即 “ 普 朗 克 常 數(shù) ” h(6 63X10-34Js)可 以 忽 略 不 計(jì)時(shí) 量 子 力 學(xué) 和 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 結(jié) 論 沒 有 區(qū) 別 相 對 論 和 量子 力 學(xué) 都 沒 有 否 定 過 去 的 科 學(xué) ， 而 只 認(rèn) 為 過 去 的 科 學(xué) 是自 己 在 一 定 條 件 下 的 特 殊 情 形 相 對 論 和 量 子 力 學(xué) 是 哪 一 種 更 廣 泛 的 理論 的 特 殊 情 形 呢 ？ 我 們 現(xiàn) 在 還 不 知 道 ” 討 論 與 交 流 以 牛 頓 運(yùn) 動(dòng) 定 律 為 基 礎(chǔ) 的 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 適 用 范 圍 是 什 么 ? 總 結(jié)經(jīng) 典 力 學(xué) 只 適 用 于 解 決 低 速 運(yùn) 動(dòng) 問 題 ， 不 能 用 來處 理 高 速 運(yùn) 動(dòng) 問 題 ， 經(jīng) 典 力 學(xué) 只 適 用 于 宏 觀 物 體 ，一 般 不 適 用 于 微 觀 粒 子 ： 經(jīng) 典 力 學(xué) 只 適 用 于 解 決弱 引 力 問 題 ， 不 能 用 來 處 理 強(qiáng) 引 力 問 題