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课标必修2-6[1]6+经典力学的局限性(新课标)VIP免费

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66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?有怎样的局限性呢?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?Fm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2201cmmv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2201cmmv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、运动的物体和静止的物体相比不仅质量变了,而且沿运动方向的长度和时间都要变化,都具有相对性。下面的事例可以帮助我们理解相对论1971年8月的一天,一名前苏联飞行员例行飞行时,无意中“闯入”古埃及,他看到一座座金字塔刚刚奠起塔基……1982年一位北约飞行员在一次飞行训练中,视野里竟然出现了数百只恐龙,飞机竟然来到史前非洲大陆。1970年一架272客机在飞向迈阿密国际机场的旅途中,也无故“失踪”了10分钟,10分钟后,客机又在原来的地方出现。失踪的一刹那,专家们的惟一的解释是时间“静止”不动了时间和空间是什么?时间和空间是什么?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。讨论与交流三、从弱引力到强引力万有引力属于弱引力.利用万有引力定律可以解释天体的运动,并预言和发现了海王星和冥王星,首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来.但是宇宙中有一些天体,例如白矮星,他们的质量接近太阳,半径却与地球差不多,因此密度高达108~1010kg/m3;中子星的密度更是达1016~1019kg/m3。这些天体表面的引力比我们常见的引力强的多,牛顿的引力理论已经不适用了。按牛顿的万有引力定律推算,行星的运动应该是一些椭圆或圆,行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动,与实际观测结果不符.经典力学也能作出一些解释,但是,水星旋进的实际观测值比经典力学的预言值多.经典力学的解释不能令人满意.爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43’的附加值,同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时,如经过太阳附近时会发生偏转现象.并且都被观测证实.讨论与交流1、实际的天文观测,行星的运行轨道并不是严格闭合的,它们的近日点在不断地旋进.经典力学的解释令人满意吗?用什么理论来圆满地进行了解释?假定一个球形天体的质量不变,并通过压缩减小它的半径,天体表面上的引...

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