6-6 经典力学的局限性

教学目标： 1.知道牛顿运动定律的适用范围． 2.了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用． 3.知道质量与速度的关系. 4.通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的．

静力学（描述静止物体） 经典力学 运动学（描述物体运动） 动力学（描述物体受力作 用下的运动） 一、经典力学模块分类： 静力学（描述静止物体） 经典力学 （牛顿力学） 运动学（描述物体运动） 动力学（描述物体受力作 用下的运动）

二、牛顿主要贡献 牛顿 牛顿三大定律 万有引力定律

牛顿所说：“如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。” 经典力学金字塔的建立 笛卡尔、胡克、哈雷等 开普勒 伽利略、第谷 哥白尼、亚里士多德

经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更确立了牛顿的地位，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，经受实践检验。

三、经典力学的困境： 低速世界(经典力学) 经典力学的困境 高速世界（相对论）

宏观物体低速运动（远小于光速），经典力学完全适用。 在宏观低速的世界：一切都理所当然？ 宏观物体低速运动（远小于光速），经典力学完全适用。 时间和空间没有联系，相互独立，与物体及其运动 状态都没有关系。 物体的相关物理量（位移、质量、大小等） 与物体的运动状态都无关。 当一些问题(如微观领域的深入)牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。

例如：船在水中流，水速2m/s，船相对于水顺流而下1m/s，则船相对于岸3m/s. 例如：生活经验：空间如大房间，提供运动舞台，但不干扰演出，空间独立于物体及其运动存在。 例如：生活经验：时间如长河，均匀流逝，任何都影响不了它，时间也是独立的。 所以：不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的位移、时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的，这是天经地义的。

高速世界（接近光速） 物体的质量随速度的增大而增大 随着物体速度的加快，时间会变慢。将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动，随后进行比较，地上的钟表总比快速移动的快。 物体以接近光速运行时所表现出的长度会比它静止时更短。 爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。 1905年，爱因斯坦提出，物体高速时（接近光速），物体所占空间（如长度），物理、化学过程，生命持续时间，都与运动状态有关，时空都与运动相关联了------------狭义相对论

不敢相信图中的横线是平行的，不过它就是平行的

两个位于中心的圆哪个大？其实一样大的！

19世纪末-20世纪初，深入到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，很多情况下经典力学说明不了。 四、从宏观到微观 19世纪末-20世纪初，深入到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，很多情况下经典力学说明不了。 量子力学

五、从弱引力到强引力 爱因斯坦广义相对论 物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用 天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为1 m,如白矮星)，天体间的引力就趋于无穷大 ，强引力。 爱因斯坦广义相对论

经典力学与相对论互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。 高速 狭义相对论 广义相对论 强引力 量子力学 经典力学 微观世界 宏观低速

科学的发展是在曲折中不断上升的 例如：相对论是一定正确的吗？ （1）对证据的质疑：水星旋进数据 观测值：43秒/百年 爱因斯坦计算相对论值：43.03秒/百年 最新相对论值（太阳非正球体）：39.6秒/百年 （2）对共设的质疑：光速不可超越吗？ 哲学：光速是否只是某一时空层次的极限速度？随着目前认识的宇观世界更大结构层次的发现，光速是否会被超越？ 例如：量子力学就不会错吗？ 新的理论会代替量子力学吗？

爱因斯坦给后人的信 一天，爱因斯坦正在撰写光电效应定律的论文，美国总统罗斯福打来电话，让他给５０００年后的人们写一封信。爱因斯坦笑了，说：“总统，您真会开玩笑，要我写些什么呢？” 罗斯福非常郑重地说：“把我们这个时代人们的思想和科学的发展，告诉５０００年后的人们，让他们对我们有所了解。”“这样的信，即使写了也没法寄啊！”爱因斯坦说，“没有这样的邮差。” “这个，我考虑过。”罗斯福成竹在胸，“有的。我们给他们做一个安全固定的信箱，５０００年后，他们到那里去取就是了……”爱因斯坦饶有兴趣地点点头说：“还是总统有办法。” 罗斯福１９３３年任美国第３２届总统，业绩辉煌。他所以叫爱因斯坦给５０００年后的人们写信，要的是名人效应。爱因斯坦是伟大的科学家，在物理学的许多方面做出了卓越的贡献，特别是相对论，揭示了空间—时间的辩证关系，无论在科学上还是在哲学上，都具有重要的历史意义。

１９３８年８月１０日，爱因斯坦写了《致后人书》—— “我们的时代富于创造思想。我们的发现本应该可以大大地使我们的生活轻松愉快。我们利用电能横渡大洋。我们使用电能来减轻人类的繁重的体力劳动。我们学会了飞行。我们利用电波很容易地把消息发到全球各地去。” “但是，虽然有着这一切，我们的商品的生产和分配是完全无组织的，人们必须生活在忧虑中，担心被人从经济生活中抛出，失去一切。除此之外，生活在不同国家中的人们每隔一个长短不等的时间就要进行互相杀戮，因此，每一个想到未来的人必然都生活在经常的忧虑中。” “我相信，我们的后人将怀着一种理所当然的优越感读上面这几行文字吧。” 爱因斯坦的这封给后人的信是用特制的墨水和纸写成的。与其它的文件一起装进一个特制的钢体里，埋入纽约当时准备动工兴建的国际博览会建筑地基下面１５米的花岗岩洞内，地面立有一碑柱，要人们在５０００年后，即公元６９３８年取出钢体内的东西。 爱因斯坦的《致后人书》，许多报刊上登过，５０００年后的人们如果只想读到这封信，根本用不着去碰国际博览会地基下的那颗“定时炸弹”。