文档介绍：17 世纪牛顿力学构成了体系. 可以说,这是物理学第一次伟大的综合. 牛顿建立了两个定律,一个是运动定律,一个是万有引力定律,并发展了变量数学微积分,具有解决实际问题的能力. 他开拓了天体力学这一科学,海王星的发现就充分显示了这一点.
经典力学可应用于车辆、行船、行星、火箭,以至于原子、基本粒子等方面,如对哈雷彗星回归时间的预测、海王星的发现、宇宙飞船与空间站的对接和返回地球等等大课题,都能得到完美的解决。
思考:在牛顿力学中,我们知道,力F对物体做功,可使物体的动能Ek增加。如果此力持续不断地对这个物体做功,则物体的动能会变为∞!
可能吗
一个科学的假设:一小孩出生后,立即把他30岁的父亲送上高速飞行的宇宙飞船。待小孩40岁时,其父亲返回,其父根据他所带的校准的时钟测出的时间只过了20年,即他年龄是50岁!
会吗
在上世纪初,发生了三次概念上的革命,它们深刻地改变了人们对物理世界的了解,这就是狭义相对论(1905)、广义相对论(1916)和量子力学(1925)。
概括地讲,牛顿力学在20世纪中受到了三次具有革命性的严重挑战,这就是1905年爱因斯坦建立的狭义相对论、1925年前后建立起来的量子力学和20世纪60年代发现的混沌现象。这就向人们明确地揭示了牛顿力学局限性之所在。
4 相对论质能关系
3 相对论动能
一经典力学只适用于处理物体的低速运动( )
1 质点高速运动时伽利略变换为洛伦兹变换所代替
2 质点高速运动时的相对论性质量
牛顿力学具有内在随机性:应用牛顿定律可解的问题只是线性的,在自然界中只是一些特例,普遍存在的问题都是非线性的. 现在知道,只要确定论的系统稍微复杂一些,它就会表现出随机行为,运动对初始条件特别敏感,存在混沌现象. 目前关于混沌的研究已涉及到生物学、天文学、社会学等领域.
二确定性与随机性
确定性:已知物体初始运动状态及所受的力,应用牛顿定律可以确定运动物体任意时刻的运动状态和确定的运动轨迹. 初始运动状态的微小变化只能引起运动轨迹的微小变动. 海王星的发现是牛顿力学确定论成功的典范.
经典力学认为,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力决定的,这就是牛顿力学(或经典力学)的确定性。即如果知道物体初始的运动状态以及运动过程中的受力情况,那么就可以根据牛顿运动定律列出物体的运动方程,从而可以确知物体在任意时刻的运动状态。事实上,确定性的确取得了大量令人振奋的成就,如哈雷彗星回归时间的预测、海王星的发现、宇宙飞船与空间站的对接和返回地球等等。
而事实上,物体的运动并非都是只按照确定性进行的,在许多情况下,物体的运动还表现出相当明显的偶然性、随机性。例如,作抛体运动的物体的运动轨迹会因为空气的阻力、温度和湿度、风速等因素的影响而发生随机的变化。
而表现物体运动随机性的最典型的例子是布朗运动。如图是藤黄粒子在水中运动的轨迹图线。从图中可看到藤黄粒子的轨迹是一些无规则的折线。这表明,藤黄粒子的运动除了与其起始运动状态,以及所受的浮力、粘滞力有关外,更重要的是与水分子对其碰撞有关。由于水分子对藤黄粒子碰撞的偶然性,致使其因碰撞而受到冲力的大小和方向也都具有偶然性。这就告诉我们,藤黄粒子在水中运动轨迹的无规性,既反映了确定性,又反映了随机性。或者说藤黄粒子的运动既不是完全确定性的,也不是完全随机性的。由此可见,自然界存在的运动是确定性和随机性兼而有之的。我们把确定性运动具有的这种不确性的现象称之为混沌(Chaos)。
藤黄粒子在水中运动的随机性
三能量的连续性与能量量子化
经典物理中,宏观物体的能量是连续变化的,但近代物理的理论证明,能量的量子化是微观粒子的重要特性.
普朗克提出一维振子的能量
爱因斯坦认为光子能量
量子力学指出,物体(微观粒子)的位置和动量相互联系,但不能同时精确确定,并且一般作不连续的变化.
经典物理学的辉煌成就
经典力学
热力学与统计力学
光学
电动力学
物理学
经典物理
现代物理
力学
热学
电磁学
光学
相对论
量子论
非线性
从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实
迈克尔逊——莫雷实验:否定了绝对参考系的存在;
经典物理学解释热辐射现象时:出现“紫外灾难”;
放射性现象的发现:原子是可分的。
光电效应
原子的线状光谱