PPT《经典力学的局限性》

经典力学的局限性 育才中学物理组 张功学习目标: 1.

知道经典力学的正确性与局限性. 2.知道经典力学的适用范围.了解相对论、量子力学的正确性. 3.理解狭义相对论中物体质量与速度的关系. 4.通过对牛顿力学适用范围的讨论,使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围,认识的知识的变化性和无穷性,培养献身于科学的时代精神. 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.

1、经典力学取得了哪些辉煌的成就?举例说明见课本P48.经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与天文学相结合建立了天体力学;

经典力学和工程实际相结合,建立了应用力学,如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种物体的运动到天体的运动;

从大气的流动到地壳的变动;

从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械;

从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动;

从投出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船,等等,所有这些都服从经典力学规律. 讨论思考?

一、从低速到高速 例如:在一个无限大的光滑水平面上,有一质量为m的物体,在一个水平恒力F的作用下,从静止开始运动.根据牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运动. 由运动学公式可知:物体的速度v=at 推理:随着时间的推移,物体的速度不断增大,最终可使物体获得任意速度.但事实并非如此.常识告诉我们,物体运动速度是有极限的,现在已知的最大速度是光速,且现在也无法使物体运动超越这个速度,这是经典力学无法解答的.这是什么原因造成的呢?是否经典力学的错误? F m 爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以接近光速运动所遵循的规律,得出了一些不同与经典力学的观念和结论.

1、在经典力学中,物体的质量是不随运动状态改变的,而狭义相对论认为:物体的质量要随物体运动速度的增大而增大,即

1、在经典力学和狭义相对论中, 物体的质量有何不同? 讨论思考? 在经典力学中位移和时间的测量在不同的参考系中是相同的,相对论认为,同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的. . 经典力学中和狭义相对论对 位移和时间在不同的参考系中的测 量有何不同的看法? 讨论思考? 例如:(1)v=0.8c时,物体的质量约增大到静止质量的1.7倍,这时经典力学就不再适用了.2)如地球以v=30km/s的速度绕太阳公转时,它的质量增大十分微小,可以忽略不计,经典力学完全适用. 质-速关系 说明 m0为静止质量,m是物体速度为v时的质量,c是真空中的光速 2.质―速效应方程是什么? 解释各物理量的意义? 讨论思考?

二、宏观到微观 19世纪末到20世纪初,人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子,发现它们不仅具有粒子性,面且具有波动性,它们的运动规律不能用经典力学描述. 20世纪20年代,建立了量子力学,它能够正确地描述微观粒子运动的规律性,并在现代科学技术中发挥了重要作用. 经典力学一般不适用于微观粒子. 普朗克创立量子力学 3.相对论和量子力学的出现,是否表示经典力学失去了意义? 相对论和量子力学的出现,说明人类对自然界的认识更加广泛和深入,而不表示经典力学失去了意义.它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围:只适用于低速运动,不适用于高速运动,只适用于宏观世界,不适用于微观世界. 讨论思考?