牛顿经典力学的局限性

第一篇：牛顿经典力学的局限性

6. 经典力学的局限性 教学设计 教案

教学准备

1. 教学目标

1、知识与技能

(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，知道高速运动中必须考虑速度随时。

2、过程与方法：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。

3、情感、态度与价值观：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。

2. 教学重点/难点

教学重点

牛顿运动定律的适用范围。 教学难点

高速运动的物体，速度和质量之间的关系。

3. 教学用具

多媒体、板书

4. 标签

教学过程

新课导入

自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性.

但是，经典力学也不是万能的，像其他科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性.那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这方面的知识.

一、经典力学及其局限性 1.基本知识 (1)从低速到高速

①经典力学的基础是牛顿运动定律，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔区域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就.

②狭义相对论阐述物体以接近光的速度运动时所遵从的规律.

③在经典力学中，物体的质量是不变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大，即

，两者在速度远小于光速的条件下是统一的.

(2)从宏观到微观

①19世纪末20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性.20世纪20年代，量子力学建立，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用.

②经典力学的适用范围，只适用于低速运动，不适用于高速运动;只适用于宏观世界，不适用于微观世界.

(3)从弱引力到强引力

①1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用.

108 m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论②当物体的运动速度远小于光速c(3×没有区别.

2.思考判断

) (1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，此速度在相对论中属于高速.(×) (2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.(×(3)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大.(√) 探究交流 (1)牛顿第二定律属经典力学理论，它在高速世界还适用吗? (2)相对论、量子力学否定了经典力学吗? 【提示】

(1)在高速世界中，物体的质量随着速度的增加而变大，物体的加速度不一定与它所受的外力成正比，牛顿第二定律不再适用.

(2)相对论、量子力学没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学在一定条件下的特例.

二、速度对质量的影响 【问题导思】

1.低速、高速是如何界定的?

2.物体在高速状态下，质量与速度是什么关系? 3.速度对物理规律有什么影响? 1.低速与高速的概念

(1)低速：远小于光速的速度为低速，通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动.

(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速.

2.速度对质量的影响

(1)在经典力学中，物体的质量不随速度而变.根据牛顿第二定律F=ma知，物体在力F作用下做匀变速运动，只要时间足够长，物体的运动速度就可以增加到甚至超过光速c. (2)爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即 其中m0为物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速.在高速运动时，质量的测量是与运动状态密切相关的.

3.速度对物理规律的影响

对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理.

1.狭义相对论中，物体在静止时质量最小，随着运动速度的增加，它的质量也在不断变大，对于高速运动物体，牛顿定律已不再适用.

2.根据相对论的质速关系，若某物体的运动速度达到光速c，它的质量应是无穷大，这显然不符合事实，光速c是所有物体的最大速度.

106 m/s.关于电子的质量例：一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度v=6×的变化，下列说法正确的是(

) A.不变

B.减少 C.增大了0.02% D.增大了0.2%

106 m/s已接近光速，由爱因斯坦狭义相对论可知，电子【审题指导】 电子的速度6×的质量将有所增加，越接近光速越显著.

【答案】 C 误区警示

物体的质量与速度的关系

从爱因斯坦的相对论可知：物体的速度越大，它的质量就越大.当物体的速度远小于光速时，其质量的变化可以忽略;当物体的速度接近光速时，质量变化将很明显，其质量变化不可忽略.

三、经典力学与相对论、量子力学的比较 【问题导思】

1.经典力学与量子力学的适用范围一样吗? 2.在经典力学与相对论中，速度对质量有什么影响? 3.经典力学与相对论、量子力学有什么联系?

例：以下说法正确的是(

) A.经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B.经典力学理论的成立具有一定的局限性

C.在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变 D.相对论与量子力学否定了经典力学理论 【答案】 BC

四、光速不变原理的应用

例：设某人在以速度0.5c飞行的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是(A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c

) B.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是0.5c D.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 【答案】 D 规律总结

1.光速不变原理：爱因斯坦的狭义相对论指出，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，即光在所有的惯性参考系中的传播速度均是光速.

2.速度合成的关系式v=v+v只适用于低速运动的惯性参考系，对于接近光速

船岸

船水

水岸的高速运动物体，该关系式已不再适用，此时应根据光速不变原理去解决问题.

课堂小结

本节学习了经典力学的局限性：

(1)从低速到高速：在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体的运动速度的增大而增大。即

(2)从宏观到微观：相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义，只说明它有一定的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动;只适用于宏观世界，不适用于微观世界。

(3)从弱引力到强引力：相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只是认为科学在一定条件下有其特殊性，经典力学只适用于弱引力，不适用于强引力。

板书

第六节 经典力学的局限性

1、从低速到高速 经典力学只适用于低速运动

2、从宏观到微观 经典力学只适用于宏观物体

3、从弱引力到强引力 万有引力定律只适用于弱引力

第二篇：经典力学的成就和局限性教学设计（大全）

经典力学的成就和局限性

——粤教版高中物理必修二第五章第一节教学设计

一、教学设计总体思路

经典力学的成就和局限性是粤教版高中物理必修二教材中第五章的第一节，该节内容主要包括经典力学的发展，经典力学的伟大成就和经典力学的局限性3部分内容。在学习本节课之前学生已经学完了高一物理的力学，对力学体系的几个基本模型和思想方法有了一定的了解和把握。但是对于是如何发展而来，怎样建立了力学体系还不太了解。因此我们可以通过本节课的学习，让学生跟从历史的脚步了解力学的发展和成就，进而学习它的局限性。本节课主要以讲授为主，通过讲述史料和讨论总结力学体系以及列举物理促进社会进步等，提高学生学习物理的兴趣。

二、教学目标

1、知识与技能： ①了解经典力学的发展历程，知道经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献; ②了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响; ③认识经典力学的局限性和适用范围。

2、过程与方法： ①通过收集对经典力学建立作出重要贡献的物理学家的故事，从而让学生认识到历史的发有承接，科学的发展也一样; ②通过对比亚里士多德、伽利略、牛顿所采用的科学的研究方法，了解科学研究方法不断发展的过程，学习科学实验研究方法的思想; ③通过自由阅读经典力学的局限性文字部分，培养学生自学，分析归纳的能力。

3、情感、态度与价值观： ①通过本节课的学习，使学生领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 ②感受物理学家们通过一个又一个实验建立起来的力学体系，，帮助学生建立起像科学家从事科学探究那样来学习科学的意识，领悟科学探究的真谛。

三、教学重点与难点

重点：经典力学的发展建立过程和物理学家们研究物理思想方法随时代的改变 难点：经典力学的局限性。

四、教学过程：

1、 引入新课

高一力学已经学完，通过回顾之前所学的知识，让学生了解到他们已经获得了很多的知识。并且可以利用已学知识解决很多的生活中运动问题。进而询问，力学是怎么发展而来的引发学生思考，引入新课。

2、教学过程

(一)经典力学的发展历程：

①力学发展的三个阶段：第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，这个阶段的代表人物是也亚里士多德。

亚里士多德是百科全书式的科学家，在各个领域都有涉及。 在物理方面的成就有以下几点。

第一， 物体静止于地面。用力推，动。不用力，不动。得出总结、;力是物体运动的原因

第二， 同一高度石头比树叶下落得快。得出结论：物体下落的快慢和质量有关

第三， 我们呆在原地能看到太阳每天东升西落，结论：地球是静止的太阳是运动的。

当时人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内。虽然从现在来看，亚里士多德大部分观点都是错的。但是，至少他对很多物理现象下做研究，使它融于哲学里面为人所知。物理学就整体而言还没有成为独立的科学;

第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础。例如;代表人物哥白尼和伽利略。

哥白尼主要成就是发表《天体运行论》

给学生阅读ppt给的材料一，材料二，思考哥白尼迟迟不发表这部论作的原因。 然后讨论得出其最本质的原因是里面提到的“日心说”。

日心说这个观点也是不正确的，否定了反映“上帝造世界”神学观的“地心说”，出现标志了自然科学开始从神学中解放出来。

伽利略的主要成就很多，大部分以实验为主。高中学习的就有惯性定律和落体定律。顺便复习了一下斜面实验和理想实验。这些定律奠定了动力学的基础，伽利略被称为近代科学的奠基人。

第三阶段是牛顿之后经典力学的新发展，后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。 牛顿善于总结归纳，他在各个领域借鉴的科学家的关系网如下图所示：

各个线路得到的成就如下 数学领域：微积分

力学领域：牛顿三大定律 天文学：万有引力定律

②物理研究成果发展如刚才所描述，那么在研究物理的科学研究方法的在不同的时代又有什么不同呢?：亚里士多德、伽利略、牛顿的科学研究方法比较(给学生预留时间讨论交流)

(二)经典力学的伟大成就：

①阅读第二小节文字，找出有哪些力学成就。

把人类对整个自然办的认识推进到一个新水平，牛顿把天上运动和地上运动统一起来，实现了天上力学和地上力学的综合，从力学上证明了自然界的统一性，这是人类认识自然历史的第一次大飞跃和理论大综合，它开辟了一个新时代，并对学科发展的进程以及后代科学家们的遮蔽 生了极其深刻的影响。(结合学生已学过的运动学动力学情况介绍)

②具体的成就

第一， 揭示了本质和规律，做出定量的解释、推断，和预测。

通过观看视频，我们知道大部分物体的运动，都有他的运动规律，而这个规律已经被我们所熟知。并且可以利用这些规律对很多事情做出预测和解释。比如说，海王星和冥王星的发现。

第二， 推动科技的发展，促进社会进步。

通过观看视频和图片。对比科技发展前和科技发展后的社会生活，交通工具的对比。从视觉上感受物理对于第一次工业革命和第二次工业革命起着关键性的作用。使科技进步，给人类的生活带来了各种便利。近代航天事业的飞度发展，也靠的是经典力学的发展。

(三)经典力学的适用范围和局限性：

①预留学生自由阅读，带着问题思考：经典力学有哪些局限性，为什么会有这些局限?? ②经典力学的局限性

第一，经典力学的应用受到物体运动速率的限制。

当物体运动的速率接近真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化。

如经典力学中认为物体的质量不仅不变，并且与物体的速度或能量无关。但相对论研究则表明，物体的质量将随着运动速率的增加而增大。具体举个例子而言，就是恒力作用下会发生变加速直线运动，这在经典力学中是不可能出现的。所以，经典力学受到速度的限制。

第二，牛顿运动定律不适用于微观领域中物质结构和能量不连续现象。19世纪和20世纪之交，物理学的三大发现，即X射线的发现、电子的发现和放射性的发现，使物理学的研究由宏观领域进入微观领域。微观领域中很多现象并不能用经典力学来解释。

所以，量子力学在微观领域中不适用。观看视频，感受量子世界。

(四)小结

现代物理学的发展，并没有使经典力学失去存在的价值，只是拓宽了人们的视野，经典力学仍将在它适用的范围内大放异彩。今天主要的学习内容是： 1. 经典力学的发展历程 2. 经典力学的伟大成就

3. 经典力学的局限性和适用范围(宏观、低速)

五、课后总结与反思

本节课，主要是以介绍性知识为主，穿插视频图片等，给予学生视觉感受，积累感性经验。教学中，也多用自学阅读和讨论总结的方式，培养学生的自学能力和团结合作，思考总结的能力。目的是提升对物理的兴趣和了解物理研究的思想方法。

然而由于本人才疏学浅，很多例子举得不够多，不够丰富。教学方法过于单一，语言不够生动形象等等。这些都是在今后的教学中需要改正的。

第三篇：6.6经典力学的局限性-高中物理人教版必修2说课稿精心编辑版

6.6经典力学的局限性

各位评委专家，您们好!我说课的题目是高中物理人教版必修2第6章第6节《经典力学的局限性》。下面，我将从课

标和教材分析、教学目标、重点和难点、教法与学法、教学过程及板书设计六个方面进行说课。

一、 课标、教材分析

课标：

1、初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响。课标解读：引入经典时空观和相对论时

空观的比较，旨在为学生开启了了解近代物理的一扇窗户，让学生了解近代物理的一些核心内容，同时也让学生了解经

典物理的局限性。爱因斯坦的相对论是近代物理的支柱之一，学生应了解相对论时空观的主要思想，了解相对论对人类

认识世界的影响。本条目体现了经典物理与近代物理的结合。

2、通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值和意义，认识经典力学的实用范围和

局限性。本条目要求学生从历史的角度，了解经典力学的发展历程了解经典物理的伟大成就及其对人类社会发展带

来的影响。让学生体会经典力学创立的价值和意义。当然，随着时代的发展，科技的进步，经典力学也逐渐呈现出

一定的局限性，因此，本条目要求学生认识经典力学的实用范围和局限性。这有利于学生从整体上了解物理学的发

展历程，把握物理学的主要思想。

教材： 本节属介绍性质的内容，全章内容结构以万有引力定律的发现为核心，向宇宙学发展历史的两头延伸。托勒密相象地球处在宇宙的中心，哥白尼则设想太阳处在中心，开普勒总结了行星运动定律，牛顿第一个用牛顿定律和万有引力定律解释所有星体运动，爱因斯坦则用几何学的时空体系解释星体的运动。牛顿将天上的力与地上的力统一起来，爱因斯坦将时间与空间、引力与光联系在一起，霍金将引力、量子力学和统计力学联系起来，教材就是按照物理学理论在三个领域的发展过程进行编排的。本节旨在使学生了解牛顿力学不能穷尽一切物理现象，还有爱因斯坦的“时空观”，还有量子力学等知识体系，也要使学生了解爱因斯坦的相对论是一种新的时空与引力理论，是对牛顿力学的修正，并不是对牛顿力学简单的否定，只是牛顿引力理论被包括在新的时空与引力理论之中。

二、教学目标

1、知识与能力目标：

(1)了解经典力学的发展历程和伟大成就。

(2)认识经典力学的局限性和适用范围。

(3)初步了解微观和高速世界中的奇妙现象。

(4)了解相对论、量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。

2、过程与方法

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。

3、情感、态度与价值观

通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识的知识的变化性和无穷性，

培养献身于科学的时代精神。

三、教学重点难点

【学习重点】 牛顿运动定律的适用范围

【学习难点】高速运动的物体，速度和质量之间的关系

四、教法 、学法

教法： 学案导学、阅读指导

学法：自主探究、小组交流合作

五、教学过程

【引入新课】

教师活动：自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成 就，经典力学在科学研究和生

产技术中有了广泛的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性。但是，经典力学也不是万能的，向其它科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性。那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这方面的知识。

【进行新课】

[课件展示]：

请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题

1、经典力学取得了哪些辉煌的成就?举例说明。

2、经典力学在哪些领域不能适用?能说出为什么吗?举例说明。

3、经典力学的适用范围是什么?自己概括一下。

4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学?应该怎样认识?

5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”?

学生活动：阅读教材，并思考上面的问题。分组讨论，代表发言、展示。小组总结、点评。教师活动：待学生阅读教材后，倾听学生代表的发言，和其他学生一起点评、补充、总结。

一、经典力学的广泛应用。

二、经典力学与狭义相对论

1、 物体的质量随物体的运行速度而变化

2、 物体运动的位移与时间与参考系的选择有

关

3、 当物体的速度远小于光速C(3×108 )时两者结论是一致的。

三、经典力学与量子力学微观粒子运动的波动性不能用经典力学来解释，但量子力学能正确地描述微观粒子的运动规

律。

四、经典力学与广义相对论牛顿引力理论在强引力作用下不适用，只能用广义相对论的引力场理论来解释强引力作用。

五、经典力学的适用范围 宏观、低速、弱力情况下适用 。

在前面的几节学习中，学生了解了牛顿发现万有引力定律，并应用到海王星、冥王星的发现，再到宇宙航行等万有引力理论成就的介绍，使学生对牛顿力学产生敬仰之时，来一个经典力学的局限性的介绍，拓展学生的知识、开阔学生的视野的同时，正确认识物理学理论的发展与适用范围，切身感受到科学永远是一部“末完成的交响曲”。

第四篇：力学话趣-奇妙的非牛顿流体

本文首刊于《力学与实践》1998, 20(1): 72-74

奇妙的非牛顿流体

王振东

(天津大学力学系，天津 300072)

牛顿1687年发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的(图1)，下平板固定不动，上 平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时附于上下平板的流体质点的速度分别为U和0，两平板间的速度呈线性分布。由此得到了著 名的牛顿粘性定律

式中，τ是作用在上平板流体平面上的剪应力，du/dy是剪切应变率，斜率μ是粘度系数。

斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性、流体静止时应变率为零的三

项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及现被广泛应用的纳维-斯托克斯方程。

后来人们在进一步的研究中知道，牛顿粘性实验定律(以及在此基础上建立的纳-斯方程)对于描述像水和空气这样低分子量的流体

是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间已不再满足线性关系。为区别起见，人们将剪应力与

剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。

1 形形色色的非牛顿流体

早在人类出现之前，非牛顿流体就已存在，因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体[1]。人身上的血液、淋巴液、囊

液等多种体液以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。现在去医院作血液测试的项目之一，已不再说是“血粘度检查”，而是

“血液流变学检查”(简称血流变)，这就是因为对血液而言，剪应力与剪切应变率之间不再是线性关系，已无法只给出一个斜率(即粘度) 来说明血液的力学特性。

近几十年来，促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一是聚合物工业的发展。聚乙烯，聚丙烯酰氨，聚氯乙烯，尼龙6，PVS，赛

璐珞，涤纶，橡胶溶液，各种工程塑料，化纤的熔体、溶液等都是非牛顿流体。

石油，泥浆，水煤浆，陶瓷浆，纸浆，油漆，油墨，牙膏，家蚕丝再生溶液，钻井用的洗井液和完井液，磁浆，某些感光材料的涂液，

泡沫，液晶，高含沙水流，泥石流，地幔等也都是非牛顿流体。

非牛顿流体在食品工业中也很普遍[2]，如番茄汁，淀粉液，蛋清，苹果浆，菜汤，浓糖水，酱油，果酱，炼乳，琼脂，土豆浆，熔

化巧克力，面团，米粉团，以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料。

综上所述，在日常生活和工业生产中常遇到的各种高分子溶液，熔体，膏体，凝胶，交联体系，悬浮体系等复杂性质的流体，差不多

都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的，在某种牛顿流体中，需加入一些聚合物，在改进其性能的同时也将变成为非牛顿流体，如为 提高石油产量使用的压裂液，新型润滑剂等。

2 非牛顿流体的奇妙特性及应用

2.1 射流胀大

如果非牛顿流体被迫从一个大容器流进一根毛细管，再从毛细管流出时，可发现射流的直径比毛细管的直径大(图2)。射流直径与毛

细管直径之比称为模片胀大率(亦称为挤出物胀大比)。对牛顿流体，它依赖于雷诺数，其值约在0.88～1.12间。而对于高分子熔体或浓溶

液，其值大得多，甚至可超过10。一般来说，模片胀大率是流动速率与毛细管长度的函数。

模片胀大现象在口模设计中十分重要。聚合物熔体从一根矩形截面的管口流出时，管截面长边处的胀大比短边处的胀大更加显著，在 管截面的长边中央胀得最大(图3)。因此，如果要求产品的截面是矩形的，口模的形状就不能是矩形，而必须是像图4所示的那种形状。

这种射流胀大现象也叫Barus效应或Merrington效应。

2.2 爬杆效应

1944年Weissenberg在英国伦敦帝国学院公开表演了一个有趣的实验。在一只有粘弹性流体(非牛顿流体的一种)的烧杯里，旋转实

验杆。对于牛顿流体，由于离心力验的作用，液面将呈凹形(图5(a));而对于粘弹性流体，却向杯中心运动，并沿杆向上爬，液面变成凸形

(图5(b))。甚至在实验杆的旋转速度很低时，也可以观察到这一现象。

爬杆效应也称为Weissenberg效应。在设计混合器时，必须考虑爬杆效应的影响。同样在设计非牛顿流体的输运泵时，也应考虑和利 用这一效应。

2.3 无管虹吸

对牛顿流体来说，在虹吸实验时，如果将虹吸管提离液面，虹吸马上就会停止。但对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液和1%POX水溶

液，或聚醣在水中的轻微凝胶体系等很容易表演无管虹吸实验。将管子慢慢地从容器里拔起时，可以看到虽然管子已不再插在流体里，流

体仍源源不断地从杯中抽起，继续流进管里(图6)。甚至更简单地，连虹吸管都不要，将装满该流体的烧杯微倾，使流体流下，这过程一

旦开始，就不会中止，直到杯中流体都流光(图7)。这种无管虹吸的特性是合成纤维具备可纺性的基础。

2.4 湍流减阻

非牛顿流体显示出的另一奇妙性质是湍流减阻。人们观察到，如果在牛顿流体中加入少量的聚合物，则在给定的速率下，可以看到显

著的压差降。图8给出了两种不同浓度的聚乙烯的氧化物溶液的管摩擦系数f对于雷诺数R的关系曲线。湍流一直是困扰流体力学界未解决的

难题，然而在牛顿流体中加入少量高聚物添加剂，却出现了减阻效应。有人报告在加入高聚物添加剂后，测得猝发周期加大了，认为是高分 子链的作用。

减阻效应也称为Toms效应，虽然道理并未弄得很清楚，但已有不错的应用。在消防水中添加少量聚乙烯氧化物，可使消防车龙头喷出的水

的扬程提高一倍以上。应用高聚物添加剂还能改变气蚀发生过程及其破坏作用。

非牛顿流体除具有以上几种有趣的性质外，还有其他一些受到人们重视的奇妙特性，如连滴效应(其自由射流形成的小滴之间有液流小杆

相连)，拔丝性(能拉伸成极细的细丝，可见笔者另一文“春蚕到死丝方尽”[3])，剪切变稀，液流反弹等，有兴趣的读者可从有关文献进一步 了解[4]。

由于非牛顿流体涉及许多工业生产部门的工艺、设备、效率和产品质量，也涉及人本身的生活和健康，所以越来越受到科学工作者的重视。1996年8月在日本京都国际会议中心召开的第19届国际理论与应用力学大会(IUTAM)上，非牛顿流体流动是大会的6个重点主题之一，也是流体力学方面参与最踊跃的主题[5]。Crochet邀请报告的观点正是高分子溶液和熔体的特性远异于牛顿流，并认为这些异常特性的研究都是带有挑战性的课题。

参考文献

1 莱顿. 生物系统的流体动性. 北京：科学出版社，1980

2 陈克复等. 食品流变学及其测量. 北京：轻工业出版社，1989

3 王振东. 春蚕到死丝方尽——谈液体的拉丝现象. 力学与实践， 1994，16(1)：75～77

4 陈文芳. 非牛顿流体力学. 北京：科学出版社，1984

5 王仁，何友声等. 第19届国际理论与应用力学大会(IUTAM)情况 介绍. 力学与实践，1997，19(1)：57～64

第五篇：联系经典力学、量子力学、相对论力学的公式

pmv2mEkh

mc2Ehvh量子力学：波粒二象性pmc

cccEkmc2-m0c2m0c2(11-v/c221) 相对论力学：m0c2(1/1-v2/c21)m0c2v2/(2c2)3v4/(8c4)12p2经典力学：Ekmv

22m全微分Fdpd(mv)dmdvvm dtdtdtdt222tvtxTvTwwwT2wtvtxxxv/T

w2f2vwtsvtvT驻波Ln,P vfhhnL/nLhE能量hv频率v1cT周期波长

V速度T3Ek常数T温度2哈密顿函数、流体动力学、矢量矩阵力学、薛定谔方程、引力场方程与电磁场方程 共同性 v2vmqBrqvBm,r,vrqBmr1v11hEhv,Pmcr2v23cc1211qBr2(qBr)2P2EkmvrqvBm()222m2m2mhhvWEk,Pmv2mEkEk1Ek212mv11hvW12129hvW2mv22

W1无法计算，光电子是指与光子结合打出来的混合物W2h2vw212(mv)2P2Pmv,Ekmv,22m2m

EEkV(r)EkU(r)Ehv2P22Ek:2m2mx2Pmv2mEkPmchEhvhhccc/v(i)2E:i,Ek:it2mx

初中：所含物质的多少(物质质量);惯性：代表抵抗物体运动状态改变的本领(惯性质量);引力：引力大小与质量成正比(引力质量—等效原理);质量2能量：mE/c,起源于电磁相互作用，一团能量波包;被赋予：起源于粒子与Higss希格斯场(上帝粒子)的相互作用，相互作用强而获得大质量，相互作用弱而获得小质量; 

1、伽利略相对性原理：惯性系中一切物理规律都相同

2、狭义相对论：惯性系中一切物理规律都相同，光速不变原理;(追光实验：描述运动、时间、空间的运动学) 相对论

3、广义相对论：由惯性质量引力质量得出等效原理;(电梯实验：非惯性系与引力等价，即引力与加速度等效;描述运动、质量、时空关系的弯曲几何学)