高中物理復(fù)習(xí)力學(xué)PPT優(yōu)秀課件

1、1,第一章 宏觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律,物理學(xué)把物質(zhì)分為實(shí)物物質(zhì)和場(chǎng)物質(zhì)。,實(shí)物具有靜止質(zhì)量、占有一定空間，以空間間隔形式存在的物質(zhì)形態(tài)。,實(shí)物物質(zhì),宏觀物質(zhì) 線度在10-7m以上。顯出粒子性，服 從因果律，用經(jīng)典力學(xué)或相對(duì)論力學(xué)描述。 微觀物質(zhì) 線度在10-7m以下。顯出波粒二象性， 服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，用量子力學(xué)描述。,宏觀物質(zhì)表現(xiàn)為眾多粒子在一定溫度、壓力下聚集而成的穩(wěn)定態(tài)，簡(jiǎn)稱物態(tài)。有熟知的氣、液、固、離子態(tài)等。,2,場(chǎng)。沒有確定的空間范圍，以連續(xù)形式存在的物質(zhì)形態(tài)。如電磁場(chǎng)、引力場(chǎng)等。也具有質(zhì)量、動(dòng)量、能量，一樣遵循動(dòng)量守恒、能量守恒。,區(qū)別：,實(shí)物物質(zhì) 場(chǎng)物質(zhì),具有不可入性 彌漫在一定空間范

2、圍，滿 足疊加原理 運(yùn)動(dòng)速度不能達(dá)到光速 可能以光速傳播 可產(chǎn)生加速度 不能被加速 可作為參考系 不能作為參考系,3,聯(lián)系：,任何實(shí)物物質(zhì)周圍都存在相關(guān)的場(chǎng)，場(chǎng)是傳遞實(shí)物間相互作用的媒介。間斷的實(shí)物和連續(xù)的場(chǎng)，構(gòu)成了物質(zhì)間斷性和連續(xù)性的統(tǒng)一。,其次，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，場(chǎng)與實(shí)物可以相互轉(zhuǎn)化， 如電子和正電子相遇將湮滅轉(zhuǎn)化為光子; 反過來，高能光子在原子核的庫(kù)侖場(chǎng)中也可轉(zhuǎn)化 為正負(fù)電子對(duì)。,應(yīng)該說，物質(zhì)的存在形式也是一個(gè)相對(duì)的概念，是相對(duì)于我們今天的認(rèn)識(shí)水平，今后有可能發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)形式。,4,在各種形態(tài)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中，最簡(jiǎn)單的是機(jī)械運(yùn)動(dòng)(即位置隨時(shí)間變動(dòng))。經(jīng)典力學(xué)在研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)上是十分成功的。本章著重

3、介紹伽利略、牛頓對(duì)經(jīng)典力學(xué)的貢獻(xiàn)及經(jīng)典力學(xué)的基本原理：萬(wàn)有引力定律、動(dòng)量守恒定律 、機(jī)械能守恒定律和角動(dòng)量守恒定律。最后介紹對(duì)宏觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)更一般的描述狹義相對(duì)論和相對(duì)論力學(xué)。,5,1-1 經(jīng)典力學(xué)的建立 在中國(guó)，15-16世紀(jì)即明朝也曾有過資本主義萌芽，但在中國(guó)并沒有成長(zhǎng)起來。14-16世紀(jì)歐洲經(jīng)歷了文藝復(fù)興時(shí)期。 那時(shí)由于城市商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資本主義生產(chǎn)關(guān)系已經(jīng)在歐洲封建制度內(nèi)部逐步形成，文化上也開始反映新興資產(chǎn)階級(jí)的利益和要求。 當(dāng)時(shí)的思潮主要是反對(duì)中世紀(jì)的禁欲主義和宗教觀，擺脫教會(huì)對(duì)人們思想的束縛。在自然科學(xué)方面也有極大的發(fā)展，表現(xiàn)在:,1.天文學(xué)上的突破 波蘭物理學(xué)家哥白尼 1539

4、年提出“日心說”，對(duì)托勒密的“地心說”提出挑戰(zhàn)。事實(shí)上托勒密的 “地心說”一直被教會(huì)用作上帝創(chuàng)造世界理論支柱。,6,意大利的布魯諾為宣傳“日心說”被宗教裁判所判處死刑，燒死在羅馬。1492年哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸，1519-1522年麥哲倫船隊(duì)完成環(huán)球航行, 為地圓說提供了無(wú)可辯駁的事實(shí)。到17世紀(jì)德國(guó)天文學(xué)家開普勒總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)的三大定律。,2.經(jīng)典力學(xué)的誕生 意大利科學(xué)家伽利略(1564-1642)是開普勒的同時(shí)代人.他從物理學(xué)的角度支持日心說。因宣傳日心說受到教會(huì)的迫害 ,直到死后300多年的1979年,羅馬教皇保羅二世提出為伽利略平反。1980年正式宣布當(dāng)年教會(huì)壓制伽利略的意見是錯(cuò)誤的。伽

5、利略被尊為近代科學(xué)之父。他的主要貢獻(xiàn)是發(fā)展了科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。,7,他還設(shè)計(jì)出斜面實(shí)驗(yàn)，證明沿斜面下滑的物體作加速運(yùn)動(dòng),其加速度與重量無(wú)關(guān)。還發(fā)現(xiàn)斜面越陡加速度越大，在極限情況下 斜面垂直，自由下落物體的加速度是一樣的。 當(dāng)斜面完全水平時(shí)，加速度為零，這,他對(duì)力學(xué)相對(duì)性原理的思考留下了“伽利略變換”。伽利略為牛頓力,時(shí)運(yùn)動(dòng)物體就應(yīng)該沿直線永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，從而實(shí)現(xiàn)了不靠外力維持的“慣性運(yùn)動(dòng)”，并逐步明確了“加速度”概念。,學(xué)的建立鋪平了道路。,8,牛頓(1642-1727)杰出的英國(guó)科學(xué)家。伽利略、開普勒等人工作的基礎(chǔ)上確立了力學(xué)的三條基本定律和萬(wàn)有引力定律。為了表述力學(xué)運(yùn)動(dòng)，他與萊布尼茲差不多同時(shí)發(fā)

6、明了微積分，1686年牛頓出版了名著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理,總結(jié)出萬(wàn)有引力定律、運(yùn)動(dòng)物體的三定律、動(dòng)量守恒定律。這是物理學(xué)學(xué)史上的第一次大綜合，人們也習(xí)慣在把經(jīng)典力學(xué)稱為牛頓力學(xué)。牛頓還發(fā)現(xiàn)了光的色散現(xiàn)象主張光的微粒說，發(fā)現(xiàn)白光是由不同波長(zhǎng)的光波組成，1675年觀察到牛頓環(huán)。在天文學(xué)上創(chuàng)制了反射式望遠(yuǎn)鏡。,9,1-2 經(jīng)典力學(xué)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的描述 一. 經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀,自古以來,空間的概念來源于物體的廣延性,時(shí)間的概念來源于過程的持續(xù)性。,為了描述物體的運(yùn)動(dòng),必須指明物體是相對(duì)于什么物體而運(yùn)動(dòng),被選為參照的物體稱為參考系。,經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為空間和時(shí)間是與任何物體及其運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的，存在絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間。牛

7、頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書中說: “絕對(duì)的空間，就其本性來說，是與任何外在的情況無(wú)關(guān)。始終保持著相似和不變。”,10,“絕對(duì)的純粹的數(shù)學(xué)的時(shí)間，就其本性來說，均勻地流逝而與任何外在的情況無(wú)關(guān)。”,空間反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的廣延性。空間兩點(diǎn)的距離為長(zhǎng)度。人類選擇與自身大小相適應(yīng)的“米”作為長(zhǎng)度的基本單位。 1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)定義,米是光在真空中1/299792458秒時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)行路程的長(zhǎng)度。,時(shí)間表征物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性. 1967年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)定義，1秒所持續(xù)的時(shí)間是銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射周期的9192631770倍。,二. 時(shí)間和空間測(cè)量的單位,11

8、,三. 對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的描述先選擇參考系,慣性參考系:牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用的參考系, 且相對(duì)于一慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的一切參考系都是慣性系。地球是很好的慣性系。 非慣性系:牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用的參考系,在參考系上固連一坐標(biāo)系（如直角坐標(biāo)系），從坐標(biāo)原點(diǎn)到質(zhì)點(diǎn)所在位置作的有向線段為位置矢量 。 位置矢量對(duì)時(shí)間的變化率是速度 。 速度對(duì)時(shí)間的變化率是加速度 。,加速度,速度,x,o,y,P,12,改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的作用是來自于物體以外的環(huán)境外界。描述外界對(duì)物體的作用, 本章引入力 , 沖量 , 功W 三個(gè)物理量。為描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可相應(yīng)的用三個(gè)物理量加速度 ,動(dòng)量 ,能量E, 即 外界對(duì)物體的作用 W 物

9、體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) E,力，沖量，加速度，動(dòng)量是矢量，由大小和方向兩要素決定的物理量。功，能是標(biāo)量，只由大小決定。矢量的印刷體用黑體F，I，a，p表示，手寫用 ，。,13,例題1-1 將一球從屋頂以10m/s速度下拋，求球下落2s后的速度及2s內(nèi)下落的距離。,解：拋出后，球作加速度為g的勻加速運(yùn)動(dòng)。取拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，向下為y軸正向。球下落2s后的速度為,2s內(nèi)下落的距離,14,1-3 牛頓三定律,牛頓三定律是經(jīng)典力學(xué)的基本定律，是牛頓在前人的基礎(chǔ)上總結(jié)發(fā)展得出。牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書中給出三定律： 第一定律：任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，直到其他物體對(duì)它的作用迫使它改變這種狀態(tài)為止

10、。 第二定律：物體受到外力作用時(shí)，物體所獲得的加速度的大小與合外力的大小成正比，并與物體的質(zhì)量成反比；加速度的方向與合外力方向相同。寫為 = m 式中 表示物體在合外力 作用下獲得的加速度，m表示其質(zhì)量。,15,第三定律：當(dāng)物體A以力 1作用在物體B上時(shí)，物體B也必定同時(shí)以力 2作用在物體A上，1和 2在同一直線上，大小相等，方向相反。寫為 1= - 2 牛頓三定律只在慣性系成立，研究對(duì)象是單個(gè)物體。,1-4 萬(wàn)有引力定律 一. 萬(wàn)有引力定律的建立,牛頓之前的德國(guó)天文學(xué)家開普勒在前人工作的基礎(chǔ)上,經(jīng)過16 年的研究歸納出行星運(yùn)動(dòng)的三定律:,16,(1)行星作橢圓軌道運(yùn)動(dòng), 太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦

11、點(diǎn)上。,(2)太陽(yáng)到行星的矢徑在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。,(3)行星繞太陽(yáng)的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸a 的立方與它繞太陽(yáng)的周期T 的平方成正比 , 即,其中k與行星的性質(zhì)無(wú)關(guān), 是太陽(yáng)系的常數(shù)。,在開普勒全面解決了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律之后,面臨的問題是“為什么行星會(huì)保持在軌道上?”“為什么行星會(huì)這樣運(yùn)動(dòng)?”,.,a,17,開普勒已經(jīng)注意到這些問題,他意識(shí)到這種運(yùn)動(dòng)一定是外界對(duì)物體的作用力產(chǎn)生的。但最終悟出其中奧秘的是牛頓。,h,y,x,L,O,牛頓把月亮與地面的拋體作比較。如圖, 在高塔上沿水平方向拋出一石子,石子將沿一條向下彎的曲線(拋物線)運(yùn)動(dòng),最終落在地面。伽利略已經(jīng)指出,保持物體運(yùn)動(dòng)不需要力, 物

12、體運(yùn)動(dòng)的改變才需要力。,18,現(xiàn)在石子從拋出時(shí)的水平方向改變?yōu)椴粩鄰澫虻孛?，這表明石子運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向都是不斷改變的因而石子在運(yùn)動(dòng)過程中必受到外界對(duì)它的作用，牛頓把這種外來的作用歸結(jié)為地球的引力。牛頓進(jìn)一步思索了石子的運(yùn)動(dòng)。,他設(shè)想如果拋石子的力更大些，即水平速度的值更大些，那末石子的運(yùn)動(dòng)情況會(huì)怎樣？請(qǐng)看右圖。,19,思考一下結(jié)果是什么？,加大，L加大，拋物線的彎曲程度減小?？梢栽O(shè)想：如果石子運(yùn)動(dòng)曲線的彎曲程度正好與地球表面的彎曲程度一致，那么石子就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上。,地球,20,地球,牛頓把月亮比作拋體正是由于地球引力的作用，使月球運(yùn)動(dòng)曲線的彎曲程度恰好與地球表面的彎曲程度相同，所以月

13、亮永遠(yuǎn)不會(huì)落到地球上。 牛頓用了類比的方法。類比是根據(jù)兩個(gè)或兩類對(duì)象之間存在的某些相似進(jìn)而推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡苡邢嗨频囊环N邏輯思維方法。,21,二萬(wàn)有引力定律 那么這種引力的表達(dá)式是什么？ 牛頓想到開普勒定律。 如果把行星的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為繞太陽(yáng)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)(注意在此牛頓用了簡(jiǎn)化模型的方法，開普勒第一定律說行星繞太陽(yáng)作橢圓運(yùn)動(dòng)。)以速率v在半徑為R的圓周上運(yùn)動(dòng)的行星, 必受到向心力F的作用, F產(chǎn)生的向心加速度滿足,22,式中T是行星的運(yùn)動(dòng)周期.于是 在半徑為 軌道上運(yùn)動(dòng)周期 為 兩行星的向心加速度之比為,按開普勒第三定律,行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期的平方與它到太陽(yáng)距離的立方成正比,將此式代入上式得

14、,23,產(chǎn)生向心加速度的力是萬(wàn)有引力,萬(wàn)有引力與距離平方成反比,物體所受地球的引力與物體質(zhì)量成正比,地球所受物體的引力與地球質(zhì)量成正比,24,由此推出萬(wàn)有引力定律: 任何天體 (也包括物體) 間的引力大小與兩天體間距離的平方成反比, 與這兩天體的質(zhì)量乘積成正比，寫為,式中 分別為兩天體的質(zhì)量, R為兩者間的距離, G為引力常數(shù) 。100年后英國(guó)物理學(xué)家卡文迪什用扭稱實(shí)驗(yàn)測(cè)出,1986年國(guó)際科學(xué)聯(lián)盟理事會(huì)科技數(shù)據(jù)委員會(huì)推薦的值為,25,三. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 萬(wàn)有引力定律建立后,在其指導(dǎo)下準(zhǔn)確地預(yù)言了彗星的出現(xiàn)、海洋潮汐等。但18世紀(jì)末19世紀(jì)初，人們?cè)谟闷溆?jì)算天王星軌道和位置時(shí)出現(xiàn)偏差。難道萬(wàn)有引力定

15、律不能解釋天王星的運(yùn)動(dòng)？1781年英國(guó)人赫歇爾用自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了天王星。天王星的發(fā)現(xiàn)突破了土星是太陽(yáng)系邊界的思想, 因而天王星也未必是太陽(yáng)系的邊界,很可能在天王星外面還有一顆末知的新行星，由于新行星的引力使計(jì)算天王星的軌道時(shí)出現(xiàn)偏差。,26,1845年英國(guó)劍橋大學(xué)學(xué)生亞當(dāng)斯作的計(jì)算。 1846年6月,另一位法國(guó)青年勒維斯也計(jì)算出新行星的軌道, 他把結(jié)果寄給柏林天文臺(tái)。幸好在收到這封信的晚上,臺(tái)長(zhǎng)伽勒手邊有一幅有助于尋找該星的星圖,他親自動(dòng)手,在非?？拷A(yù)言位置的天區(qū)找到了這顆新星。 1846年9月18 日, 伽勒給勒維斯回信說 : “先生, 你給我們指出位置的新行星是真實(shí)存在的。” 新行星被

16、命名為海王星。這個(gè)被譽(yù)為 “筆尖上發(fā)現(xiàn)” 不僅解決了 天王星的軌道問題, 也證明了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確。,27,美國(guó)天文學(xué)家洛威耳和波克林,根據(jù)類似的計(jì)算預(yù)言海王星之外還有一顆新行星。直到1930年,才由湯博在照片中發(fā)現(xiàn),命名為冥王星。至此發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系的九顆行星。,水金地火 星星星星,水金地 火 星星球 星,28,例題1-2 如果地球到月球的距離為250km，而地球到太陽(yáng)的距離為9.3107m，地球的質(zhì)量為61024kg，而太陽(yáng)的質(zhì)量21030kg，試近似計(jì)算太陽(yáng)對(duì)月球的吸引力與地球?qū)υ虑虻奈χ取?解 考慮到地球到太陽(yáng)的距離比月球到地球的距離大得多，可以近似地認(rèn)為地球到太陽(yáng)的距離Rse等于

17、太陽(yáng)到月球的距離Rsm。 太陽(yáng)對(duì)月球的吸引力 地球?qū)υ虑虻囊?29,例題1-3（習(xí)題1-1）設(shè)一飛機(jī)A在地面上方300米處水平飛行, 速度為50米/秒,投下炸彈B.(1)大體成比例畫出投出炸彈B后在1,2,3,4,5秒飛機(jī)和炸彈的位置(忽略空氣阻力). 你會(huì)發(fā)現(xiàn)t 時(shí)刻炸彈正好位于水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)與豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)的合成位置上。(2)假設(shè)飛機(jī)投下一個(gè)比前一個(gè)重二倍的炸彈, 如果仍是略去空氣阻力, 它的路線與前一個(gè)相同嗎?,解 飛機(jī)作勻速直線運(yùn)動(dòng), 炸彈作水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。,水平方向 s=vt 豎直方向,30,0,3,1,5,t (s),100,200,h(

18、m),炸彈下落的距離 離地(m) 1秒 0.510 1=5 295 2秒 0.510 4=20 280 3秒 0.510 9=45 255 4秒 0.510 16=80 220 5秒 0.510 25=125 175,平拋運(yùn)動(dòng)視為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)與豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合成。這是運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理。,（2）平拋運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)都與物體質(zhì)量無(wú)關(guān)，所以，兩次路線相同。,31,1-5 動(dòng)量守恒定律,一. 動(dòng)量守恒定律,1. 質(zhì)量,世界是變化的, 但是變化遵循一些最基本的法則, 這些最基本的法則支配著世界的變化。守恒定律就屬于這類最基本的法則。,質(zhì)量一詞是17世紀(jì)初流行起來的,它的意思是“物質(zhì)

19、之量”。牛頓時(shí)代混同了“質(zhì)量”與“物質(zhì)之量”的概念, 這在當(dāng)時(shí)是可以理解的?，F(xiàn)代“物質(zhì)之量”已用“摩爾”代替, 對(duì)“質(zhì)量”概念的理解也更深化了。,32,牛頓第一定律指出，所有物體都有慣性物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。從牛頓第二定律 =m 看出, 在相同外力作用下質(zhì)量越大的物體產(chǎn)生的加速度越小, 即其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。換言之, 質(zhì)量越大的物體其慣性越大, 所以物體質(zhì)量是慣性大小的量度。我們把從牛頓第二定律定義的質(zhì)量稱為慣性質(zhì)量 m慣。,萬(wàn)有引力定律中也涉及到物體質(zhì)量。萬(wàn)有引力定律是,33,表明物體間引力的大小 與物體的質(zhì)量乘積成正比與物體間距離的平方成反比。即在施力物體相同、相互間距離相

20、等的條件下物體所受引力的大小與物體質(zhì)量成正比 。在這里, 物體的質(zhì)量又量度了物體所受萬(wàn)有引力的強(qiáng)弱。我們把從萬(wàn)有引力定義的質(zhì)量稱為物體的引力質(zhì)量m引。,式中 是地球的質(zhì)量, R是地球的半徑。,設(shè)物體受地球引力在地球表面運(yùn)動(dòng), 有,34,可得,伽利略已經(jīng)證明, 地球上任何物體的加速度是相同的, 即對(duì)所有物體g相同 , 而 又是一些常量, 故,只要適當(dāng)?shù)剡x取單位便可有 , 即 。,為了驗(yàn)證此結(jié)論, 物理學(xué)家不斷設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn), 我們接受了這一事實(shí), 不再區(qū)別引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量。,35,需要說明的是,相對(duì)論給出,物體的質(zhì)量隨物體速度的加大而增大, 滿足質(zhì)速關(guān)系式。只是在物體運(yùn)動(dòng)的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速時(shí),

21、物體的質(zhì)量隨速率的變化可以忽略不計(jì), 此時(shí)方視物體的質(zhì)量是不變的常量。愛因斯坦還給出質(zhì)能關(guān)系式, 把質(zhì)量與能量聯(lián)系起來, 表明質(zhì)量是能量的量度 。,2. 動(dòng)量,在1-2 談到 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述可用動(dòng)量 描述，定義為,式中m是物體的質(zhì)量, 是物體對(duì)慣性系的速度。,36,例題1-3 一壘球質(zhì)量為0.2kg。如果投出的速度為30m/s，而被棒沿相反方向擊回的速度是50m/s，求壘球動(dòng)量的變化量。 解: 據(jù)題意，球被擊前后對(duì)地的速度已知，球動(dòng)量的變化量為 p=mv-mv0=m(v-v0)=0.2(-50-30)= -16kgm/s 棒擊球時(shí)，球受到棒對(duì)它的作用力，球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。 用動(dòng)量 描述

22、球被擊前后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，動(dòng)量的變化量定義為沖量 ，用以描述球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。即p=I= -16kgm/s，負(fù)號(hào)表示沖量的方向與球投出的方向相反。,37,3. 動(dòng)量守恒定律 設(shè)質(zhì)量為 的宇航員, 處在不受其他物體作用的太空（這假設(shè)是合理的,太空可視為真空無(wú)阻力,引力作用也甚小。）如圖, 兩人本處在靜止?fàn)顟B(tài), 現(xiàn)互相推一下, 情況會(huì)怎樣? 根據(jù)牛頓第三定律 , 分別作用在對(duì)方身上的推力一定等大反向。即,因此各自獲得的加速度為,38,設(shè)兩人接觸的時(shí)間為t, 且推力為恒力, 則兩人脫離接觸時(shí)的速度分別為,而,即,互推后兩人將以相同大小的動(dòng)量沿相反的方向運(yùn)動(dòng),且質(zhì)量較小者獲得較大的速度, 質(zhì)量較大者獲得較

23、小的速度。,39,從上式 移項(xiàng)得,由于互推前兩人處于靜止?fàn)顟B(tài)，各自的速度均為零, 因此推前兩人的總動(dòng)量為0. 上式表明, 互推之后兩人的總動(dòng)量仍為零。于是得出這樣的結(jié)論:不受外力作用的兩人, 相互作用前后兩人總動(dòng)量保持不變。這是經(jīng)典力學(xué)三個(gè)守恒定律之一的動(dòng)量守恒定律所得出的結(jié)論。 動(dòng)量守恒定律可表述為: 對(duì)于任何不受外力,作用的系統(tǒng), 其總動(dòng)量保持不變。這里提到“系統(tǒng)”二字,上例中兩人組成了系統(tǒng), 多個(gè)物體也可組成系統(tǒng)。,40,動(dòng)量守恒的前提是這些物體不受除物體間相互作用力以外的力外力的作用。作為一種近似, 如果外力比物體間相互作用小很多, 也可認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒。 4. 火箭推進(jìn)原理 火箭

24、是一種航天運(yùn)輸工具.它自帶燃料、助燃劑，如液氫、液氧，它的任務(wù)是把人造衛(wèi)星、載人飛船、 空間站等航天器送入預(yù)定軌道，火箭炮、導(dǎo)彈也是用火箭作為動(dòng)力,41,從上面推導(dǎo)看出：物體相互作用后可分別獲得方向相反的速度。我們把火箭視為由火箭軀殼和燃料組成的系統(tǒng)，燃料燃燒后會(huì)產(chǎn)生高溫高壓氣體，通過火箭尾部不斷向后噴出，于是火箭不斷獲得向前的速度。,“宇航之父”俄國(guó)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基，建立了火箭飛行原理公式齊奧爾科夫斯基公式,其中 是火箭最初的質(zhì)量, 是燃料燃燒后火箭的質(zhì)量, u是燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體噴射的相對(duì)火箭的速度,M,v,u,u,u,為燃料燃燒后火箭獲得的速度。,42,從上式看到,質(zhì)量比 越大、燃

25、料氣體噴射速度越大, 火箭獲得的速度越大。,其中 是單位時(shí)間內(nèi)所噴出的燃料氣體的質(zhì)量。,燃燒的氣體從火箭尾部噴出時(shí)，將對(duì)火箭產(chǎn)生推力，使火箭升空。推力的大小可由下式給出,43,1-6 能量守恒定律,一. 能量,在經(jīng)典力學(xué)中我們把能量分為動(dòng)能和勢(shì)能。動(dòng)能,能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種度量, 對(duì)應(yīng)物質(zhì)的各種運(yùn)動(dòng)形式, 有不同形式的能量。,是與物體運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的能量；勢(shì)能是與物體間相互作用力及物體相對(duì)位置有關(guān)的能量用 表示。在本節(jié)只討論地球表面附近物體所具有的勢(shì)能重力勢(shì)能。物體具有了能量就具有作功的本領(lǐng)，功可以改變其它物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。例如，飛行的子彈具有動(dòng)能，它可以穿透墻壁；置于高處的小球具有勢(shì)能，落下時(shí)可把

26、地面砸出坑。,44,動(dòng)能表達(dá)式為,其中m是物體的質(zhì)量，v是物體相對(duì)慣性系的速度。,常見的重力勢(shì)能表達(dá)式是,其中m是物體的質(zhì)量，g是重力加速度, h是物體相對(duì)地面的高度。,物體的機(jī)械能用E表示,45,二 . 機(jī)械能守恒定律 機(jī)械能守恒定律可以表述為: 對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來說, 如果外力不作功, 系統(tǒng)內(nèi)部也沒有摩擦力、阻力這類消耗能量的力作功, 那末系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.,摩擦力、阻力是消耗能量的力,物理上稱為耗散力。這是可以理解的。 對(duì)汽車來說, 車輪與地面有摩擦力, 摩擦力要消耗一份汽油, 即能量。游泳時(shí)水對(duì)人體有阻力, 這阻力要消耗人的體能。,46,三. 三個(gè)宇宙速度,發(fā)射火箭的目的是通過火箭獲得巨大的

27、速度,以便將航天器送入太空。不同的航天器進(jìn)入不同的空間軌道, 所需的速度也不一樣。,用萬(wàn)有引力定律和機(jī)械能守恒定律討論三個(gè)宇宙速度。,1. 第一宇宙速度,從地面發(fā)射航天器, 使之繞地球作圓軌道運(yùn)行所需的最小發(fā)射速度。,47,設(shè)質(zhì)量為m的航天器,在距地心為r 的圓軌道上以速度v 作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。又設(shè)地球的質(zhì)量 ,半徑 。,地球,r,航天器受到地球?qū)λ娜f(wàn)有引力, 引力提供航天器作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力, 有,所以航天器動(dòng)能,48,航天器離地心 r 遠(yuǎn), 取無(wú)窮遠(yuǎn)為勢(shì)能零點(diǎn)時(shí)，它所具有的勢(shì)能為,所以航天器具有的機(jī)械能為,我們看到機(jī)械能為負(fù)值, 說明航天器飛行時(shí)離地面越近 ( r越小 )機(jī)械能越小。因而發(fā)

28、射時(shí)最小能量對(duì)應(yīng)的是在地球表面附近的軌道, 即 ,代入上式得,49,將,代入算出,2. 第二宇宙速度,從地面上發(fā)射一航天器, 使航天器脫離地球引力范圍所需的最小速度 。,設(shè) 為第二宇宙速度, 發(fā)射時(shí)航天器的 動(dòng)能,勢(shì)能,50,當(dāng)航天器脫離地球引力范圍時(shí), 即 時(shí), 航天器的速度為零，引力勢(shì)能為零。,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有,人類要登上月球或其它星球，首先要擺脫地球的引力。為達(dá)此目的，航天器的發(fā)射速度必須大于第二宇宙速度。,51,3.第三宇宙速度,在地球表面發(fā)射一航天器, 使之不但要脫離地球的引力場(chǎng), 還要擺脫太陽(yáng)的引力所需的最小發(fā)射速度稱為第三宇宙速度。,參閱有關(guān)書籍, 可知,所以, 發(fā)射速度達(dá)1

29、6.7km /s以上的航天器就能擺脫地球引力, 再擺脫太陽(yáng)的引力飛向茫茫的宇宙。,在上面的計(jì)算中我們都沒考慮航天器在飛入太空前經(jīng)過大氣層要遇到的阻力, 也略去了地球的引力等.考慮到這些因素, 實(shí)際發(fā)射速度要大于上面的值。,=16.7km /s,52,結(jié)合前面討論的火箭推進(jìn)原理可以知道, 要想使火箭獲得盡可能大的速度, 就必須盡可能增大質(zhì)量比 和燃料氣體噴射速度u。但由于火箭上帶有航天器, 裝燃料的容器需承受燃料氣體燃燒時(shí)的高溫、高壓, 因而火箭的最初質(zhì)量 不會(huì)太小。質(zhì)量比在10-20之間, 燃料氣體的噴射速度在2-4km/s。 我們?nèi)?=15 ，u=4km/s, 算出,考慮到地球的引力, 大氣

30、層的摩擦力, 再加上技術(shù)上的原因, 單級(jí)火箭的 大約只達(dá)到7km/s, 小于第一宇宙速度 。這就是說, 單級(jí)火箭不能把航天器送上天。,53,為此采取多級(jí)火箭. 多級(jí)火箭是用單級(jí)火箭經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)(捆綁式)組合而成。其工作過程是第一級(jí)火箭點(diǎn)火發(fā)動(dòng)后, 整個(gè)火箭起飛, 等該級(jí)燃料燃燒完后自動(dòng)脫落, 以增大以后的質(zhì)量比, 這時(shí)第二級(jí)火箭自動(dòng)點(diǎn)火繼續(xù)加速.這樣一級(jí)一級(jí)相繼點(diǎn)火、脫落, 直至達(dá)到所需的速度。 我國(guó)研制的長(zhǎng)征系列火箭是三級(jí)火箭。1970年4月24日已把我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)送上太空, 此后又陸續(xù)把通訊衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星（風(fēng)云一號(hào)、風(fēng)云二號(hào)）、地球資源衛(wèi)星等航天器送入太空?，F(xiàn)在還積極

31、承擔(dān)其它國(guó)家的航天器發(fā)射任務(wù)。,54,1.,最輝煌的是2003年10月14日，長(zhǎng)征二號(hào)F型火箭將我國(guó)第一個(gè)載人飛船送入太空，飛船于10月16日成功回收。長(zhǎng)征二號(hào)F型火箭首次采用包括故障檢測(cè)系統(tǒng)和逃逸系統(tǒng)在內(nèi)的55項(xiàng)新技術(shù)?；鸺L(zhǎng)58.3米，起飛重量479.8噸，是目前中國(guó)研制的火箭中最長(zhǎng)最重的。,55,2004年1月4 日 歷經(jīng)半年飛行 雙生子之一火星探測(cè)器“勇氣號(hào)”載著人類無(wú)盡的夢(mèng)想踏上火星 . 美國(guó)東部時(shí)間2004年1月15日凌晨“勇氣號(hào)”攜帶的登陸車踏上火星,56,美國(guó)東部時(shí)間2004年1月24日晚9:06 雙生子之二火星探測(cè)器 “機(jī)遇號(hào)”踏上火星另一面,57,四. 能量守恒定律 前面

32、介紹了能量的兩種形式勢(shì)能和動(dòng)能,談到守恒條件時(shí)說,系統(tǒng)內(nèi)部沒有摩擦力、阻力之類的耗散力作功時(shí)，動(dòng)能勢(shì)能之和機(jī)械能守恒。如果有摩擦力、阻力作的功這份功既沒轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能也沒轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。那末摩擦力所作的功到哪里去了？經(jīng)驗(yàn)告訴我們，物體相互摩擦后溫度升高，或者說摩擦力所作的功轉(zhuǎn)變?yōu)闊帷薄？煞癜选盁帷币部醋魇且环N形式的能量？歷史上對(duì)熱本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有過長(zhǎng)期的對(duì)立。,58,直到19世紀(jì)中葉, 焦耳測(cè)得熱功當(dāng)量: 向系統(tǒng)傳遞1卡的熱量使系統(tǒng)升高的溫度與對(duì)系統(tǒng)作4.18焦耳的功使它升高的溫度相同。由此可見作功與傳遞熱量是等效的,所以向系統(tǒng)傳遞熱量也是向系統(tǒng)傳遞能量。這樣就確定了熱是一種能量的地位。于是, 我們看到摩

33、擦力、阻力的所作的功沒有消失，而是轉(zhuǎn)換為力學(xué)討論范圍以外的另一種形式的能量熱能。,59,電流通過電阻產(chǎn)生熱量，熱能從哪里來？焦耳測(cè)定出電熱當(dāng)量( ,即電流通過一段導(dǎo)體所放出的熱量等于電流的平方、導(dǎo)體的電阻以及通電時(shí)間三者的乘積 。），電能的概念便確立。人的手能上下活動(dòng),能量從何而來？便有了“生物能”概念。愛因斯坦給出質(zhì)量與能量間的當(dāng)量關(guān)系 .1939年哈恩、斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)原子核裂變，且證明裂變中釋放的能量與質(zhì)量虧損滿足質(zhì)能關(guān)系式，由此建立了“核能”概念。如此在物理學(xué)中建立起能量有多種形式的概念。,60,總之,“能量”是物理學(xué)一個(gè)極為普遍、極為重要的物理量，它具有多種形式：機(jī)械能、熱能、電磁能、

34、輻射能、化學(xué)能、生物能、核能，以作功、熱傳遞、輻射、化學(xué)反應(yīng)、核反應(yīng)等方式相互轉(zhuǎn)換。大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，在與外界沒有能量交換的系統(tǒng)中，能量不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，而各種形式能量的總和保持不變。這就是能量守恒定律。在物理學(xué)史上不止一次發(fā)生過這樣情況：在某新現(xiàn)象里似乎有一部分能量消失了或憑空產(chǎn)生出來，后來物理學(xué)家總能確認(rèn)出一種新形式的能量，使能量守恒定律得以保持。物理學(xué)確定了各種能量轉(zhuǎn)換間的當(dāng)量，便可用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)能量守恒定律加以驗(yàn)證,61,能量守恒定律是自然界最基本的法則自然界的基本法則是不能違背的對(duì)一些假說、裝置我們可以不必去追究它的細(xì)節(jié)，只要衡量一下是否違背自然

35、界的根本法則，就判明它是真理還是謬論。,例題1-4 質(zhì)量為M的木塊靜止在光滑的水平面上，一質(zhì)量為m的子彈以速度v0水平射入木塊中，并與木塊一起運(yùn)動(dòng)。求:(1)木塊所獲得的動(dòng)能；(2)該過程中所損失的機(jī)械能。,M,v0,m,62,解 （1）取木塊和子彈為系統(tǒng)，設(shè)子彈入射木塊后與木塊一起運(yùn)動(dòng)的速度為v，由于系統(tǒng)在水平方向不受外力作用，所以水平方向動(dòng)量守恒，有 mv0 = (m + M) v解之得 v= v0 木塊所獲得的動(dòng)能 Ek= M = (2)該過程中系統(tǒng)的勢(shì)能不變, 所損失的機(jī)械能等于系統(tǒng)動(dòng)能的變化 E= (m+M)v2 mv0 2 = v02,v02,63,1-7 角動(dòng)量守恒定律 一. 力

36、矩 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)力可以使物體轉(zhuǎn)動(dòng), 但力使物體轉(zhuǎn)動(dòng)的作用不僅與力的大小有關(guān), 也與力的方向以及力的作用線到轉(zhuǎn)軸的距離有關(guān)。,.,o,o,轉(zhuǎn)軸,d,定義力矩M為：力F與力的作用線到轉(zhuǎn)軸的垂直距離d 的乘積，即,M=Fd,二 . 角動(dòng)量(動(dòng)量矩),物體對(duì)固定點(diǎn)的角動(dòng)量定義為:,64,物體 在某一位置 的動(dòng)量為 ， 從固定點(diǎn)到該位置的矢徑為 , 與 間的夾角為 , 則物體對(duì)固定點(diǎn)的角動(dòng)量L為,o,A,角動(dòng)量是一矢量, 它的方向可以 用右手螺旋法則確定。,特例, 如果物體繞O點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng), 物體對(duì)O點(diǎn)的角動(dòng)量,o,o,65,三. 角動(dòng)量守恒定律,B,太陽(yáng),開普勒第二定律指出, 太陽(yáng)到行星的矢徑在相等的時(shí)間

37、里掃過相等的面積。如圖，掃過的面積視為三角形，有,兩邊同乘以行星的質(zhì)量 m, 得,引入角動(dòng)量的特例: 物體繞O點(diǎn)作圓運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)點(diǎn)O的角動(dòng)量, 上式可寫為,66,上式表明了物理學(xué)的又一重要定律角動(dòng)量守恒定律。得出此式的前提是行星所受萬(wàn)有引力對(duì)太陽(yáng)的力矩為零(由于行星繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)可以看成只受太陽(yáng)對(duì)行星的萬(wàn)有引力，萬(wàn)有引力的作用線過太陽(yáng)，太陽(yáng)視為不動(dòng), 這樣萬(wàn)有引力作用線到固定點(diǎn)的距離為零)。,綜上所述, 物體對(duì)固定點(diǎn)的角動(dòng)量守恒定律可表述為: 如果物體所受外力對(duì)固定點(diǎn)的力矩為0, 則物體對(duì)該點(diǎn)的角動(dòng)量守恒。,67,對(duì)另一模型剛體, 角動(dòng)量寫為,其中J為剛體對(duì)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是剛體對(duì)軸的角速度。當(dāng)剛體所

38、受合外力矩為零時(shí)，剛體角動(dòng)量守恒，即,L=J,最常用的例子是，舞蹈演員在旋轉(zhuǎn)時(shí)雙臂收到胸前, 如圖(b)，演員對(duì)豎直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，于是角速度大 ; 舞蹈演員在停止旋轉(zhuǎn)前要雙臂張開, 如圖(a)，演員對(duì)豎直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，角速度小。,J11= J22,68,物理學(xué)中的守恒定律被看作是最基本的自然法則，它們以切實(shí)的可靠性和極大的普遍性預(yù)言哪些過程是允許的，哪些過程是不被允許的，而不必考慮過程進(jìn)行的細(xì)節(jié)。與自然界所有定律一樣，守恒定律的正確依賴于實(shí)驗(yàn)。新的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)某個(gè)不滿足守恒定律的假象，只要仔細(xì)分析，必然發(fā)現(xiàn)是那些從前未被發(fā)現(xiàn)的因素影響了結(jié)果。守恒意味著不變（如一定條件下動(dòng)量、角動(dòng)量、能量

39、的總量不變），這種不變又由對(duì)稱性法則所制約。從空間平移的不變性（也稱空間平移對(duì)稱性、空間的均勻性）推出動(dòng)量守恒定律；從空間轉(zhuǎn)動(dòng)不變性（也稱空間轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱性、空間的各向同性）推出角動(dòng)量守恒定律；從時(shí)間不變性（也稱時(shí)間對(duì)稱性、時(shí)間的均勻性）推出能量守恒定律。,69,1-8 狹義相對(duì)論的主要結(jié)論 1-1-1-7屬經(jīng)典力學(xué)部分，討論宏觀物體低速機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象和規(guī)律，低速是指物體運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速。當(dāng)宏觀物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)不再適用，代之以宏觀物體運(yùn)動(dòng)更一般的描述狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論提出新的時(shí)空觀，建立了高速運(yùn)動(dòng)物體的力學(xué)規(guī)律，揭示了質(zhì)量和能量的內(nèi)在聯(lián)系。狹義相對(duì)論的新理論應(yīng)包容一定范圍內(nèi)

40、適用的經(jīng)典力學(xué)，即物體作低速運(yùn)動(dòng)時(shí)狹義相對(duì)論的結(jié)論趨于經(jīng)典力學(xué)。,70,一經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀回顧,時(shí)間表征物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程的持續(xù)性。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，如果各個(gè)慣性系中用來測(cè)量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么任何事件所經(jīng)歷的時(shí)間就有絕對(duì)不變的量值，而與參考系或觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。,空間反應(yīng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的廣延性，空間兩點(diǎn)的距離為長(zhǎng)度。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為如果各個(gè)慣性系中用來測(cè)量長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間任兩點(diǎn)間的距離就有絕對(duì)不變的量值，而與參考系或觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。,在不同的慣性系測(cè)量同一長(zhǎng)度和時(shí)間，所得的結(jié)果相同嗎？牛頓和愛因斯坦對(duì)問題的看法即時(shí)空觀截然不同。,71,在經(jīng)典力學(xué)中又把物體的質(zhì)量看作是常量，即質(zhì)量與物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)

41、。這樣在經(jīng)典力學(xué)中時(shí)間，長(zhǎng)度，質(zhì)量三個(gè)基本物理量都與物體運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。,二. 狹義相對(duì)論的兩條基本原理,愛因斯坦(1879-1955)出生于德國(guó)猶太家庭，是20世紀(jì)最偉大的自然科學(xué)家，物理學(xué)革命的旗手，獨(dú)自建立了狹義相對(duì)論（1905年）和廣義相對(duì)論（1915年）的完整理論。愛因斯坦由于在光量子論方面的貢獻(xiàn)，獲1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)。他在1916年3月發(fā)表的論文廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)中預(yù)言光線經(jīng)過太陽(yáng)引力場(chǎng)要彎曲，1919年為英國(guó)天文學(xué)家愛丁頓等人日全食觀測(cè)結(jié)果所證實(shí)，世界為之轟動(dòng)。,72,1905年愛因斯坦在物理學(xué)三個(gè)不同領(lǐng)域取得了歷史性成就：光量子論，分子運(yùn)動(dòng)論，創(chuàng)新紀(jì)元的狹義相對(duì)論。1905年建立狹

42、義相對(duì)論的歷史條件已經(jīng)成熟，走到狹義相對(duì)論門前的人中有洛侖茲、龐加勒、愛因斯坦等人，但唯具有創(chuàng)新精神的愛因斯坦問鼎。愛因斯坦在論文論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)中完整地提出狹義相對(duì)論，這是他歷經(jīng)10年綜合多個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，醞釀和探索的結(jié)果。普朗克是第一個(gè)對(duì)愛因斯坦的相對(duì)論發(fā)生興趣的人。愛因斯坦提出狹義相對(duì)論的兩條基本原理：,73,1. 相對(duì)性原理：在所有慣性系中一切物理定律都具有相同的形式，即是說所有慣性系對(duì)于描寫一切物理現(xiàn)象的規(guī)律性都是等價(jià)的。這是力學(xué)相對(duì)性原理的推廣。 2. 光速不變?cè)恚涸谒袘T性系中的觀察者測(cè)得光在真空中沿各方向傳播的速度都等于恒定值c（約為30萬(wàn)公里/秒），與光源和觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。,

43、74,1. 同時(shí)的相對(duì)性,x,y,o,z,A,B,v,三. 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀,在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀里還隱藏著這樣的假設(shè), 兩事件在某一慣性系中觀察是同時(shí)發(fā)生的, 那末在所有的慣性系中觀察也都是同時(shí)的。愛因斯坦否定了這個(gè)觀點(diǎn)。,作一理想實(shí)驗(yàn)。,一列長(zhǎng)長(zhǎng)的火車相對(duì)地以高速（如每秒29萬(wàn)公里）沿x軸作勻速直線運(yùn)動(dòng)。 地和火車者都是慣性系。,75,按經(jīng)典力學(xué)：,火車中央D處發(fā)出一光信號(hào)，火車首尾各掛一反光鏡?；疖嚿系挠^察者看到光到達(dá)車頭車尾這兩事件是同時(shí)發(fā)生的。地面上的觀察者看到什么?,y,o,z,A,B,v,x,D,s,s,奔向車頭的光對(duì)地的速度 c + v,奔向車尾的光對(duì)地的速度 c - v,車上

44、觀察者測(cè)得光到達(dá)頭尾的時(shí)間都是,76,在 時(shí)間里, 地面上的觀察者看奔向車頭的光走過的距離,地面上的觀察者測(cè)得光到達(dá)車頭的時(shí)間,在 時(shí)間里, 地面上的觀察者看奔向車尾的光走過的距離,地面上的觀察者測(cè)得光到達(dá)車尾的時(shí)間,77,所以按經(jīng)典力學(xué)觀點(diǎn)，地面上和車上的觀察者都看到光同時(shí)到達(dá)車頭車尾，即在一個(gè)慣性系同時(shí)發(fā)生的兩事件在另一慣性系看也是同時(shí)發(fā)生的。注意得出此結(jié)論的前提是地面觀察者認(rèn)為奔向車頭的光和奔向車尾的光速度不同，它們不再是c。,愛因斯坦判定這樣的分析不對(duì)！愛因斯坦說光速不變！雖然光源隨火車運(yùn)動(dòng)，奔向車頭的光和奔向車尾的光速度都是c。,78,站在愛因斯坦的立場(chǎng)上再作分析。地面觀察者看到光奔

45、向車頭的同時(shí)掛在車頭的反光鏡也以v向前奔，很顯然奔向車頭的光追上掛在車頭的反光鏡要花較多時(shí)間。掛在車尾的反光鏡也以v前移，奔向車尾的光追上掛在車尾的反光鏡必花去較少時(shí)間。結(jié)論是：在一個(gè)慣性系（在火車中）發(fā)生的同時(shí)事件，在另一慣性系（地面）看變得不同時(shí)了。愛因斯坦否定了各個(gè)慣性系具有統(tǒng)一時(shí)間的可能，認(rèn)為同時(shí)與參考系有關(guān)。這是同時(shí)的相對(duì)性。,79,愛因斯坦指出, 錯(cuò)的觀念長(zhǎng)期不以為是錯(cuò), 是因?yàn)榛疖嚨倪\(yùn)動(dòng)速度太慢了! 確切地說是 v/c 小小于1。一旦進(jìn)入 v 接近光速的高速世界, 一切變得那末陌生, 那末不可思議。 需要指出的是, 在相對(duì)論中, 盡管同時(shí)性只有相對(duì)的意義, 但由于光速是物體運(yùn)動(dòng)不

46、可逾越的極限。因而有因果關(guān)系的兩事件發(fā)生的順序決不會(huì)因參考系不同而顛倒。這正是愛因斯坦理論自洽之處, 否則世界豈不是亂了套!,80,2. 空間間隔量度的相對(duì)性-長(zhǎng)度收縮,顯然因v1。 即觀測(cè)者測(cè)得的長(zhǎng)度比固有長(zhǎng)度短。,按照狹義相對(duì)論,長(zhǎng)度的測(cè)量值與被測(cè)物相對(duì)于觀察者的運(yùn)動(dòng)有關(guān).相對(duì)論的計(jì)算給出, 觀測(cè)者與被測(cè)物體相對(duì)靜止時(shí),被測(cè)物長(zhǎng)度的測(cè)量值最大, 稱為該物體的固有長(zhǎng)度l0。觀測(cè)者沿被測(cè)物體的長(zhǎng)度方向以速度v相對(duì)被測(cè)物運(yùn)動(dòng)時(shí), 觀測(cè)者測(cè)得被測(cè)物的長(zhǎng)度l沿運(yùn)動(dòng)方向比固有長(zhǎng)度收縮 倍, 有,其中,81,那末為什么在日常生活中并沒觀察到呢?,因?yàn)槿粘Ｉ钪?，物體的運(yùn)動(dòng)速度v小小于光速c ，,近似為1，這份收縮難以察覺。可見經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論是狹義相對(duì)論在v小小于c 時(shí)的近似。,3. 時(shí)間間隔量度的相對(duì)性-時(shí)間延緩,按照狹義相對(duì)論, 時(shí)