第五章第五章 经典力学经典力学与 物理学的革命物理学的革命1 经典典力学力学的的成就成就和和局限性局限性重重重重 大大大大 成成成成 就就就就时时时时 间间间间阿基米德发现浮力定律阿基米德发现浮力定律公元前三世纪公元前三世纪开普勒发现行星运动定律开普勒发现行星运动定律1609，1619伽利略阐明了运动的相对性原理伽利略阐明了运动的相对性原理1632伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理1638帕斯卡发现帕斯卡原理帕斯卡发现帕斯卡原理1653马德堡半球实验、验证大气压力马德堡半球实验、验证大气压力1663发现胡克定律发现胡克定律弹簧弹力和形变的关系弹簧弹力和形变的关系1678牛顿发表牛顿发表自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理，阐明了，阐明了运动定律和万有引力定律运动定律和万有引力定律1687 收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序由远及近排列，你会发现取得重大成就的时间间隔越来越短由远及近排列，你会发现取得重大成就的时间间隔越来越短由远及近排列，你会发现取得重大成就的时间间隔越来越短由远及近排列，你会发现取得重大成就的时间间隔越来越短. .1 经典典力学力学的的成就成就和和局限性局限性亚里士多德亚里士多德亚里士多德亚里士多德伽利略伽利略伽利略伽利略笛卡儿笛卡儿笛卡儿笛卡儿惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯牛顿牛顿牛顿牛顿国别国别生活年生活年代代古希腊，约公古希腊，约公元前元前384公公元前元前322年年意大利，意大利，15641642年年法国，法国，15961650年年荷兰，荷兰，16291695年年英国，英国， 16421727年年主要的主要的科学研科学研究方法究方法观察、思维、观察、思维、推理推理观察实验、假观察实验、假设、数学推理设、数学推理三者相结合三者相结合实验观察、实验观察、数学推理数学推理实验、数实验、数学推理学推理归纳与演归纳与演绎、综合绎、综合与分析、与分析、实验观察实验观察等等力学方力学方面的主面的主要成就要成就两个反面的结两个反面的结论：论：力是维持物力是维持物体运动的原因。体运动的原因。重的物体比重的物体比轻的物体下落轻的物体下落得快。得快。自由落体运自由落体运动规律动规律力学相对性力学相对性原理原理惯性定律惯性定律制成了制成了世界上第世界上第一架计时一架计时摆钟。摆钟。测量出测量出重力加速重力加速度的值。度的值。三大运三大运动定律、动定律、万有引万有引力定律。力定律。1 经典典力学力学的的成就成就和和局限性局限性经典力学的局限性和适用范围经典力学的局限性和适用范围经典力学的局限性和适用范围经典力学的局限性和适用范围经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动（v v c c）经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比与光速相比）的情形，的情形，的情形，的情形，且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。牛顿运动定律与参考系牛顿运动定律与参考系经典力学与运动速度经典力学与运动速度惯性参考系：惯性参考系：惯性参考系：惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。1 经典典力学力学的的成就成就和和局限性局限性【例题例题例题例题】牛顿定律能适用于下列哪些情况？牛顿定律能适用于下列哪些情况？ A.研究原子中电子的运动研究原子中电子的运动 B.研究研究“神州神州”五号的高速发射五号的高速发射 C.研究地球绕太阳的运动研究地球绕太阳的运动 D.研究飞机从深圳飞往北京的航线研究飞机从深圳飞往北京的航线【答案答案答案答案】BCDBCD【提示提示提示提示】经典力学只适用于处理经典力学只适用于处理经典力学只适用于处理经典力学只适用于处理宏观宏观宏观宏观物体的物体的物体的物体的低速运动低速运动低速运动低速运动。1 经典典力学力学的的成就成就和和局限性局限性【例例例例题题题题】两两台台升升降降机机甲甲、乙乙同同时时自自由由下下落落甲甲上上的的人人看看到到乙乙是是静静止止的的，也也就就是是说说，在在甲甲看看来来，乙乙的的运运动动状状态态并并没没有有改改变变，但但是是乙乙确确实实受受到到向向下下的的地地球球引引力力。根根据据牛牛顿顿定定律律，受受到到外外力力作作用用的的物物体体，其其运运动动状状态态一一定定会会改改变变，这这不不是是有有矛矛盾盾吗吗？你你是如何理解的？是如何理解的？【提示提示提示提示】牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。【答案答案答案答案】不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。1 经典典力学力学的的成就成就和和局限性局限性2 经典时空观与相对论时空观经典时空观与相对论时空观1. 1.狭义相对论的理论前提狭义相对论的理论前提狭义相对论的理论前提狭义相对论的理论前提 相对性原理相对性原理相对性原理相对性原理 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。同的。 光速不变原理光速不变原理光速不变原理光速不变原理 不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同。相同。经典时空观经典时空观相对论时空观相对论时空观相对论时空观相对论时空观主要主要主要主要结论结论结论结论主要主要主要主要内容内容内容内容两种时空观的对比较两种时空观的对比较两种时空观的对比较两种时空观的对比较2 经典时空观与相对论时空观经典时空观与相对论时空观同时的绝对性同时的绝对性时间间隔的绝对性时间间隔的绝对性空间距离的绝对性空间距离的绝对性质量不变质量不变时间和空间彼此独立、时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质互不关联，且不受物质或运动的影响。或运动的影响。同时的相对性同时的相对性同时的相对性同时的相对性运动的时钟变慢运动的时钟变慢运动的时钟变慢运动的时钟变慢运动的尺子变短运动的尺子变短运动的尺子变短运动的尺子变短质量随速度的增大而增大质量随速度的增大而增大质量随速度的增大而增大质量随速度的增大而增大时间和空间相互关联，时间和空间相互关联，时间和空间相互关联，时间和空间相互关联，质量随物体的运动状态质量随物体的运动状态质量随物体的运动状态质量随物体的运动状态的改变而改变。的改变而改变。的改变而改变。的改变而改变。3 量子化理论量子化理论1. 1.黑体：黑体：黑体：黑体： 如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体。这种物体就叫做黑体。2. 2.黑体辐射：黑体辐射：黑体辐射：黑体辐射： 黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可包括可见光和不可见光见光和不可见光)。 黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释。黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释。4. 4.原子光谱的解释：原子光谱的解释：原子光谱的解释：原子光谱的解释： 原子只能处于一系列不连续的能量状态中，当原子从一种原子只能处于一系列不连续的能量状态中，当原子从一种能量状态变化到另一能量状态时，辐射（或吸收）一定频率的能量状态变化到另一能量状态时，辐射（或吸收）一定频率的光子，辐射（或吸收）的光子的能量是不连续的。光子，辐射（或吸收）的光子的能量是不连续的。3. 3.经典理论与实验的矛盾经典理论与实验的矛盾经典理论与实验的矛盾经典理论与实验的矛盾经典理论：能量是连续变化的，原子发光的光谱是连续谱。经典理论：能量是连续变化的，原子发光的光谱是连续谱。实验结论：原子发光的光谱是不连续的线状谱实验结论：原子发光的光谱是不连续的线状谱原子光谱。原子光谱。原子光谱。原子光谱。3 量子化理论量子化理论光电效应光电效应1 1 定义：定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象在光的照射下，物体表面发出电子的现象 叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。实验实验高压电源高压电源锌板锌板铜网铜网弧光灯弧光灯灵敏电流计灵敏电流计紫光照射时电流计指针发生偏转紫光照射时电流计指针发生偏转指针偏转猜想猜想: :具备哪些条件才可能发发生光电效应规律具备哪些条件才可能发发生光电效应规律, ,要发生与哪些因素有关要发生与哪些因素有关? ? 1 1）与光的强度无关。）与光的强度无关。2 2）与光的颜色即与光的频率有关。）与光的颜色即与光的频率有关。3 3）与光照射时间无关。）与光照射时间无关。4 4）与被照射的材料有关。）与被照射的材料有关。光的波粒二象性：光的本性的揭示光的波粒二象性：光的本性的揭示光的波粒二象性：光的本性的揭示光的波粒二象性：光的本性的揭示结论：结论：结论：结论：光既具有波的特性又具有粒子的特性。光既具有波的特性又具有粒子的特性。 这就是光的这就是光的波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性。 在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性； 在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往表现为粒子性。表现为粒子性。1.光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性波动性波动性波动性；2.光电效应现象说明光具有光电效应现象说明光具有粒子性粒子性粒子性粒子性。