高中物理 6.6 經(jīng)典力學的局限性課件 新人教版必修2.ppt

第六章萬有引力與航天 經(jīng)典力學的局限性 自然和自然的法則在黑暗中隱藏 上帝說 讓牛頓去吧 于是一切都被照亮 魔鬼說 讓愛因斯坦去吧 于是一切又回到黑暗中 一 經(jīng)典物理模塊分類 17世紀前在觀察與哲學的猜測上對天文 力 熱 聲 光有了一定認識 17世紀初 19世紀末是經(jīng)典物理學體系建立的關(guān)鍵時期 靜力學 描述靜止物體 運動學 描述物體運動 動力學 描述物體受力作用下的運動 經(jīng)典力學 牛頓力學 二 經(jīng)典力學模塊分類 牛頓 三 牛頓主要貢獻 哥白尼 日心說 第谷 20年精心觀測數(shù)據(jù) 開普勒研究第谷數(shù)據(jù)得三個定律 胡克 哈雷進一步認識 牛頓解決橢圓并延伸到萬物間有力 萬有引力定律 伽利略 第谷 哥白尼 亞里士多德 笛卡爾 胡克 哈雷等 牛頓所說 如果說我看得遠 那是因為我站在巨人們的肩上 經(jīng)典力學金字塔的建立 開普勒 經(jīng)典力學的基礎(chǔ)是牛頓運動定律 萬有引力定律更確立了牛頓的地位 牛頓運動定律和萬有引力定律在宏觀 低速 弱引力的廣闊領(lǐng)域 經(jīng)受實踐檢驗 著名物理學家楊振寧贊頌到 如果一定要舉出某個人 某一天作為近代科學誕生的標志 我選牛頓 自然哲學的數(shù)學原理 在1687年出版的那天 第一部分包括 定義和注釋 和 運動的基本定理或定律 這部分雖然篇幅不大 卻極為重要 第二部分是這些基本定律的作用 包括三篇 第一篇是研究萬有引力的 第二篇是討論介質(zhì)對物體運動的影響 第三篇是 論宇宙系統(tǒng) 經(jīng)典力學的困境 低速世界 經(jīng)典力學 高速世界 相對論 四 經(jīng)典力學的困境 在宏觀低速的世界 一切都理所當然 當一些問題 如微觀領(lǐng)域的深入 牛頓解釋不了時 它就只好用上帝的萬能來解釋 為此牛頓花費了后半生的心血 這正是牛頓的悲劇 所以 不管選什么參考系 不管物體怎么運動 物體的位移 時間 長度 質(zhì)量等等的測量結(jié)果肯定是一樣的 這是天經(jīng)地義的 靜止看光速和與光速一起運動算得的光速不一樣 物體的速度甚至可以超過光速 高速世界 接近光速 1905年 愛因斯坦提出 物體高速時 接近光速 物體所占空間 如長度 物理 化學過程 生命持續(xù)時間 都與運動狀態(tài)有關(guān) 時空都與運動相關(guān)聯(lián)了 狹義相對論 狹義相對論 自然和自然的法則在黑暗中隱藏 上帝說 讓牛頓去吧 于是一切都被照亮 魔鬼說 讓愛因斯坦去吧 于是一切又回到黑暗中 趣例 愛因斯坦火車 同時到達a b 火車上的觀測者說 光源在ab的中點 應(yīng)同時到達a b兩點 地面上的人看見先到達b點 后到a點 按照狹義相對論 不僅 同時 是相對的 有時候 甚至事情的先后也都是相對的 舉一個例子 一節(jié)長為10米的列車 a在車后部 b在車前部 當列車以0 6c的高速度通過一個站臺的時候 突然站臺上的人看到a先向b開槍 過了12 5毫微秒 b又向a發(fā)射 因而站臺上的人作證 這場槍戰(zhàn)是由a挑起的 但是 車上的乘客卻提供相反的情況 他們說 是b先開槍 過了10毫微秒 a才動手 事件是由b發(fā)動的 到底是誰先動手呢 沒有絕對的答案 在這個具體事件中 誰先誰后是有相對性的 在列車參考系中 b先a后 而在車站參考系中則是a先b后 甚至于飛船上的人可能會看到你先把蘋果吃了 再看到蘋果掉在了地上 不敢相信圖中的橫線是平行的 不過它就是平行的 兩個位于中心的圓哪個大 其實一樣大的 1 相對時間狹義相對論認為時間不是絕對的 即固定不變的 愛因斯坦指出 隨著物體 觀察者所見到的 運動速度的加快 時間會變慢 使用同步原子鐘已證實了這個結(jié)論的正確性 將一個鐘表留在地面上 而攜帶另一個以很快速度移動 如在噴氣式飛機上 隨后進行比較 靜止的鐘表總比另一個稍微快一點 時鐘變慢 swf 1 相對時間 2 相對長度愛爾蘭物理學家佛茲杰拉德 1851 1901 提出 物質(zhì)會在運動的方向上收縮 縮小 這意味著根據(jù)一個靜止觀察者的觀點 一枚以接近光線運行的火箭所表現(xiàn)出的長度會比它靜止時更短 盡管乘坐火箭的人看來并沒有什么兩樣 愛因斯坦指出 任何物體以光速運動時 其長度將會縮短為零 2 相對長度 3 相對質(zhì)量 物體運動時的質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系 五 從宏觀到微觀 19世紀末 20世紀初 深入到微觀領(lǐng)域 發(fā)現(xiàn)電子 質(zhì)子 中子等微觀粒子不僅具有粒子性 同時還具有波動性 很多情況下經(jīng)典力學說明不了 六 從弱引力到強引力 光之所以會被黑洞吸進去 是因為黑洞引力大造成空間扭曲 光隨著被扭曲的空間走而進去黑洞里 大家都知道光只走直線 所以光并不是被引力吸進去的 而是光還是走直線 但空間扭曲而進到黑洞 打個比方 在紙上畫一條線 把那張紙扭曲 但展開后它還是一條線 這時候 光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播 但走的已經(jīng)不是直線 而是曲線 經(jīng)典力學 狹義相對論 廣義相對論 量子力學 互為補充 互不矛盾 互不否定共同支撐起物理學科的骨架 宏觀低速 高速 微觀世界 強引力 1 對證據(jù)的質(zhì)疑 水星旋進數(shù)據(jù)觀測值 43秒 百年愛因斯坦計算相對論值 43 03秒 百年最新相對論值 太陽非正球體 39 6秒 百年 2 對共設(shè)的質(zhì)疑 光速不可超越嗎 哲學 光速是否只是某一時空層次的極限速度 隨著目前認識的宇觀世界更大結(jié)構(gòu)層次的發(fā)現(xiàn) 光速是否會被超越 例如 相對論是一定正確的嗎 例如 量子力學就不會錯嗎 量子力學證明質(zhì)子是可分的 其半衰期約為三萬億年 說明其內(nèi)部是有復雜結(jié)構(gòu)的 一旦進入超微觀 新的時空層次會催生新的理論嗎 新的理論會代替量子力學嗎 美國有一名12歲的小男孩 他的智商比愛因斯坦還高據(jù)外國媒體報道 在美國有一名12歲的小男孩 他的智商比愛因斯坦還高 達170 目前 他正在印第安那大學學習 導師們正安排他攻讀博士學位 這名 神童 名叫雅各布 巴內(nèi)特 他在一個星期里教自己學會了微積分 代數(shù)和幾何等學科 還經(jīng)常輔導自己的大學同學 現(xiàn)在 他開始著手挑戰(zhàn)愛因斯坦的相對論 他將其命名為 愛因斯坦相對論擴展版 他的母親克里斯汀弄不清兒子到底是天才還是在胡說 于是將雅各布的學說錄像寄給了普林斯頓附近的高等研究院 研究院的天體物理學家斯科特 特里梅證實了其真實性 他在給雅各布一家的郵件里寫道 他研究的理論中 包含有幾個最深奧的天體物理學和理論物理學難題 任何解決這些問題的人 都會得到諾貝爾獎 克里斯汀對媒體表示 雅各布的學識一定不是遺傳于自己 因為 我的數(shù)學不及格 不單是克里斯汀 雅各布的家人數(shù)學都不好 他就曾抱怨說 我每次和家里人討論數(shù)學 他們就茫然地看著我 報道稱 雅各布患有亞斯伯格綜合征和輕微的自閉癥 一直到2歲才說話 他的父母為此很擔心 直到他長大后 他們才知道兒子的天分 雅各布3歲就開始玩5000片的拼圖游戲 甚至研究了州公路地圖 記得每一條高速路 8歲時 他從中學畢業(yè) 參加了印第安納大學與普渡大學印第安納波利斯聯(lián)合分校的天體物理學高級班 他的同學至少都是18歲以上的成年人 但只要他們遇到了問題 都會來找雅各布 他的教授羅斯說 雅各布會經(jīng)常在課間來找自己 問很多更詳細的問題 不過 天才總會付出一些 代價 雅各布的父母說 他晚上很難睡好 腦海里總是出現(xiàn)數(shù)字 現(xiàn)在 他把這些時間都用來研究相對論 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) 您真會開玩笑 要我寫些什么呢 羅斯福非常鄭重地說 把我們這個時代人們的思想和科學的發(fā)展 告訴 年后的人們 讓他們對我們有所了解 這樣的信 即使寫了也沒法寄啊 愛因斯坦說 沒有這樣的郵差 這個 我考慮過 羅斯福成竹在胸 有的 我們給他們做一個安全固定的信箱 年后 他們到那里去取就是了 愛因斯坦饒有興趣地點點頭說 還是總統(tǒng)有辦法 羅斯福 年任美國第 屆總統(tǒng) 業(yè)績輝煌 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家 在物理學的許多方面做出了卓越的貢獻 特別是相對論 揭示了空間 時間的辯證關(guān)系 無論在科學上還是在哲學上 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 我們使用電能來減輕人類的繁重的體力勞動 我們學會了飛行 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 擔心被人從經(jīng)濟生活中拋出 失去一切 除此之外 生活在不同國家中的人們每隔一個長短不等的時間就要進行互相殺戮 因此 每一個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