(本科）4-9 经典力学的成就和局限性.ppt

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1、课程主讲人：4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性2 经典力学在多个领域取得辉煌成就的同经典力学在多个领域取得辉煌成就的同时，出现了与经典力学一些概念和定律相抵时，出现了与经典力学一些概念和定律相抵触的现象触的现象. .牛顿力学受到了三次具有革命性的挑战：牛顿力学受到了三次具有革命性的挑战：1. 狭义相对论的建立狭义相对论的建立2. 量子力学的建立量子力学的建立3. 混沌现象的发现混沌现象的发现物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典

2、力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性3经典力学时空观经典力学时空观绝对空间绝对空间:空间与运动无关空间与运动无关, ,空间绝对静止空间绝对静止. 空空间的度量与惯性系无关间的度量与惯性系无关, ,绝对不变绝对不变绝对时间绝对时间: 时间均匀流逝时间均匀流逝, ,与物质运动无与物质运动无关关, ,所有惯性系有统一的时间所有惯性系有统一的时间.一一 经典力学只适用于处理物体的低速运经典力学只适用于处理物体的低速运动问题，而不能用于处理高速运动问题动问题，而不能用于处理高速运动问题 物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性

3、4狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 ( (1) ) 两个事件在不同的惯性系看来，两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义起才有意义. ( (2) )时空不互相独立，而是不可分割时空不互相独立，而是不可分割的整体的整体. ( (3) )光速光速 c 是建立不同惯性系间时空是建立不同惯性系间时空变换的纽带变换的纽带.物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性5 1 高速运动时速度的相对性高速

4、运动时速度的相对性 惯性参考系惯性参考系 系沿系沿 轴轴以速以速度度 相对相对S S系运动系运动. . SxOxvz z yx xyxvo o ssP由狭义相对论可得质点由狭义相对论可得质点P P在在S S系系中沿中沿 轴的轴的速度速度21xxxxxuuuc vvxO如果质点如果质点P P在系中的速度远小于光速，则在系中的速度远小于光速，则xxxuu v伽利略速度变换式伽利略速度变换式. .洛伦兹速度变换式洛伦兹速度变换式. .物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性6021 22(1)mpmcvvv 2 高速运动时的动

5、量和质量高速运动时的动量和质量（1）当质点的速度接近光速时，当质点的速度接近光速时，相对论动相对论动量遵循洛伦兹变换量遵循洛伦兹变换当当 时时cvv0mp物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性7物体相对于惯性系静止时的质量物体相对于惯性系静止时的质量 . , ,可以认为质点可以认为质点的质量是一个常量的质量是一个常量, ,牛顿力学仍然适牛顿力学仍然适用用. .当当 时时cv0mm （2）相对论质量相对论质量静质量静质量：m0021 22(1)mmcv物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9

6、经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性8 3 高速运动时的动能高速运动时的动能 当质点的速度接近光速时，质点的动当质点的速度接近光速时，质点的动能为能为2k021 2222021-1(1)13(1)24Em ccmcvvv当当 时时cv2k012Emv物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性92mcE 相对论相对论质能质能关系关系 质能关系质能关系指出指出：物质的质量和能量之间有密切的联系物质的质量和能量之间有密切的联系 . 4 质量与能量之间的关系质量与能量之间的关系2)(cmE 惯性质量的增加和能量的增加相联惯

7、性质量的增加和能量的增加相联系，能量的改变必然导致质量的相应变系，能量的改变必然导致质量的相应变化，这是相对论的又一极其重要的推论化，这是相对论的又一极其重要的推论. 物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性10二二 确定性与随机性确定性与随机性 牛顿力学（经典力学）的确定性牛顿力学（经典力学）的确定性：运动物体今后的行为，是由过去（或现在）运动物体今后的行为，是由过去（或现在）的运动状态以及物体所受的作用决定的运动状态以及物体所受的作用决定. 自然界存在自然界存在混沌混沌现象：确定性运动存现象：确定性运动存在的不确定性

8、现象在的不确定性现象. 藤黄粒子在水中运动的随机性藤黄粒子在水中运动的随机性物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性11三三 能量的连续性与能量量子化能量的连续性与能量量子化 经典力学的经典力学的能量连续性能量连续性：物体的能量变化：物体的能量变化是连续的是连续的. 物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性12), 3 , 2 , 1(nnhv 普朗克普朗克量子量子假设：黑体中的分子、原子的假设：黑体中的分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子的能

9、量状态振动可看作谐振子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应的能量是某一最小能量的整是分立的，相应的能量是某一最小能量的整数倍，即数倍，即 , 2 , 3 , 中的任意值中的任意值.hhh物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动* * 4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性13爱因斯坦爱因斯坦光子能量光子能量: : 量子力学量子力学：描述微观粒子的运动状态：描述微观粒子的运动状态. .不不能同时精确确定微观粒子的位置和动量。能同时精确确定微观粒子的位置和动量。h 玻尔玻尔原子能量量子化及能级跃迁原子能量量子化及能级跃迁: :fiEEhv物理学第七版第四章第四章 刚体的

10、转动刚体的转动本章目录本章目录144-1 4-1 刚体的定轴转动刚体的定轴转动4-2 4-2 力矩力矩 转动定律转动定律 转动惯量转动惯量4-3 4-3 角动量角动量 角动量守恒定律角动量守恒定律4-4 4-4 力矩做功力矩做功 刚体定轴转动的刚体定轴转动的 动能定理动能定理4-0 4-0 教学基本要求教学基本要求* *4-5 4-5 刚体的平面平行运动刚体的平面平行运动选择进入下一节：选择进入下一节：物理学第七版第四章第四章 刚体的转动刚体的转动本章目录本章目录15选择进入下一节：选择进入下一节：* *4-8 4-8 万有引力的牛顿命题万有引力的牛顿命题* *4-6 4-6 刚体的进动刚体的进动* *4-9 4-9 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性* *4-7 4-7 流体流体 伯努利方程伯努利方程