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1、高中新課標(biāo)物理必修2 第六章 萬(wàn)有引力與航天6經(jīng)典力學(xué)的局限性提出問題：提出問題：1、速度有無極限。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，愛因斯坦為什么還要提出相對(duì)論。相對(duì)論是否全盤否定了牛頓的經(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)中埋沒風(fēng)塵，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)?？茖W(xué)巨匠N.哥白尼、第谷、J.開普勒、伽利略以及R.笛卡爾等先后馳名于歐洲。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。 牛頓牛頓偉大的科學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)理論

2、體系的建立者正是在歐洲出現(xiàn)政治、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化新變革的時(shí)代誕生的。 17 世紀(jì)牛頓力學(xué)構(gòu)成了體系 . 可以說，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)際問題的能力 . 他開拓了天體力學(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)間”而改變 這里，“位置”和“空間”應(yīng)如何理解是不清楚的設(shè)一列火車正在勻速地行駛，我站在車廂窗口松手丟下（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，我看見石頭是沿直線落下的從人行道上觀察這一

3、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：石頭所經(jīng)過的各個(gè)“位置”是“的確”在一條直線上，還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一、對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律受參考系限制的認(rèn)識(shí)可見，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)象無關(guān)的流逝著。牛頓絕對(duì)空間，就其本質(zhì)來說，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

4、參考系中，測(cè)量結(jié)果是相同的。“薩爾瓦阿弟薩爾瓦阿弟”大大船船1632年,Galileo在“薩爾瓦阿蒂”大船上做過的實(shí)驗(yàn)：伽利略相對(duì)性原理:在彼此作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中，一切力學(xué)現(xiàn)象都具有相同的規(guī)律。1905年，出生于德國(guó)的美籍物理學(xué)家阿爾伯特愛因斯坦（18791955）發(fā)表了狹義相對(duì)論。這個(gè)理論指出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)間與空間無關(guān)，時(shí)空與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，是絕對(duì)的物理量。2)當(dāng)一些問題牛頓解釋不了時(shí)，它就只好用上帝的萬(wàn)能來解釋，為此牛頓花費(fèi)了后半生的心血，這正是牛頓的悲劇

5、。三.狹義相對(duì)論的基本原理Einstein現(xiàn)代時(shí)空現(xiàn)代時(shí)空的創(chuàng)始人的創(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?；蛟谒袘T性系中,物理規(guī)律都具有相同的形式。愛因斯坦火車愛因斯坦火車:ABK系系中點(diǎn)中點(diǎn)ABK系系中點(diǎn)中點(diǎn)先到先到B點(diǎn)點(diǎn)再到再到A點(diǎn)點(diǎn)同時(shí)到達(dá)同時(shí)到達(dá)A、B火車上的觀測(cè)者說火車上的觀測(cè)者說: :光源在光源在ABAB的中點(diǎn)的中點(diǎn), ,應(yīng)同時(shí)到達(dá)應(yīng)同時(shí)到達(dá)A A、B B兩點(diǎn)兩點(diǎn), ,地面

6、上的人看見先到達(dá)地面上的人看見先到達(dá)B B點(diǎn)，后到點(diǎn)，后到A A點(diǎn)。點(diǎn)。K系系DCK系系DC1、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）。愛因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見到的）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.swf021ttvc 相對(duì)長(zhǎng)度 愛爾蘭物理學(xué)家喬治佛茲杰拉德（18511901）提出，物質(zhì)會(huì)在運(yùn)動(dòng)的方向上收縮（縮?。@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)出的長(zhǎng)度會(huì)比它靜止時(shí)更

7、短，盡管乘坐火箭的人看來并沒有什么兩樣。愛因斯坦指出，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.swf201vLLc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021mmvc 2、光速不變?cè)?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)無關(guān)。即誰(shuí)測(cè)真空中的光速都是即誰(shuí)測(cè)真空中的光速都是c c , ,與慣性系的選擇及光源無關(guān)。與慣性系的選擇及光源無關(guān)。例：宇宙飛船以例：宇宙飛船以20萬(wàn)萬(wàn) km/s的速度飛行的速度飛行, 人在飛船上向前發(fā)一束人在飛船上向前發(fā)一束 光光, 光在飛船中以光速光在飛船中以光速 c 傳播傳播, 地球上的人測(cè)得光速多大？地

8、球上的人測(cè)得光速多大？30 2050cc u Km/s按運(yùn)動(dòng)合成得按運(yùn)動(dòng)合成得:30cc 實(shí)際測(cè)得實(shí)際測(cè)得:Km/s1)1)愛因斯坦理論是牛頓理論的發(fā)展愛因斯坦理論是牛頓理論的發(fā)展討論討論一切物一切物理規(guī)律理規(guī)律力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律2)2)光速不變?cè)磉m用的條件光速不變?cè)磉m用的條件: :A A）慣性系；）慣性系；B B）真空中）真空中( (介質(zhì)中的光速介質(zhì)中的光速C C = = C/n)C/n) “照亮我的道路照亮我的道路, ,并不斷給我新并不斷給我新的勇氣去愉快地正視生活理想的勇氣去愉快地正視生活理想的是善、是美、是真的是善、是美、是真”。 “人只有獻(xiàn)身社會(huì)人只有獻(xiàn)身社會(huì), ,才能找出那實(shí)際才

9、能找出那實(shí)際上是短暫而又有風(fēng)險(xiǎn)的生命的意義上是短暫而又有風(fēng)險(xiǎn)的生命的意義”! !他剖析自己的科學(xué)感受時(shí)說：他剖析自己的科學(xué)感受時(shí)說：Einstein 對(duì)相對(duì)論的解釋對(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)當(dāng)你和一個(gè)漂亮姑娘在一起坐一小時(shí), ,你感覺只坐了一分鐘你感覺只坐了一分鐘, ,當(dāng)你坐在火爐旁一當(dāng)你坐在火爐旁一分鐘分鐘, ,就好象坐了一小時(shí)就好象坐了一小時(shí), ,這就是相對(duì)論。這就是相對(duì)論?！?科學(xué)的頭腦就是去懷疑科學(xué)的頭腦就是去懷疑, , 去證實(shí)去證實(shí), , 去發(fā)現(xiàn)的精神去發(fā)現(xiàn)的精神! ! ”Albert Einstein世紀(jì)偉人世紀(jì)偉人相對(duì)論好象是：“光彩奪目的火箭，它在黑暗的

10、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，但覺未過光速關(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，只緣相見難上難?？缂嗥谛请H游，一別瞬息見三秋。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，歸來尚須苦作舟。 愛因斯坦給后人的信愛因斯坦給后人的信 一天，愛因斯坦正在撰寫光電效應(yīng)定律的論文，美國(guó)總統(tǒng)羅斯福打來電話，讓他給年后的人們寫一封信。愛因斯坦笑了，說：“總統(tǒng)，您真會(huì)開玩笑，要我寫些什么呢？” 羅斯福非常鄭重地說：“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

11、們對(duì)我們有所了解?！薄斑@樣的信，即使寫了也沒法寄??！”愛因斯坦說，“沒有這樣的郵差?！?“這個(gè)，我考慮過?！绷_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”愛因斯坦饒有興趣地點(diǎn)點(diǎn)頭說：“還是總統(tǒng)有辦法。” 羅斯福年任美國(guó)第屆總統(tǒng)，業(yè)績(jī)輝煌。他所以叫愛因斯坦給年后的人們寫信，要的是名人效應(yīng)。愛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，愛因斯坦寫了致后人書 “我們的時(shí)代富于創(chuàng)造思想。我們的發(fā)現(xiàn)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。

12、我們使用電能來減輕人類的繁重的體力勞動(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)和分配是完全無組織的，人們必須生活在憂慮中，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)想到未來的人必然都生活在經(jīng)常的憂慮中?！?“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?！?愛因斯坦的這封給后人的信是用特制的墨水和紙寫成的。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?cè)谀旰螅垂耆〕鲣擉w內(nèi)的東西。 愛因斯坦的致后人書，許多報(bào)刊上登過，年后的人們?nèi)绻幌胱x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”。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)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