我们认识物理这门学科，已经有两年半了，
同学们，你有没有意识到自己是幸运的？我们
从一开始就被直接带入了这座宏伟壮丽的物理
学大厦。
而这座大厦是由一大批杰出的物理学家前
赴后继、呕心沥血构建而成的。
今天，我们在了解物理学发展过程当中，
也结识几个早就和我们所学的知识一同陪伴在
我们身边的物理学界的伟大人物。
经典力学发展的三个阶段
第一阶段：
伽利略、牛顿时代之前。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，物理学就整体而言还
没有成为独立的科学。这个阶段对力学作出突出贡献的是阿基
米德。
第二阶段：
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。
第三阶段：
牛顿之后。经典力学又有新的发展，这一阶段主要是后人
对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。
二.经典力学的伟大成就
⑴把人类对整个自然界的认识推进到一个新水平，牛顿从力
学上证明了自然界的统一；
⑵经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的基本
特征，这标志着近代理论自然科学的诞生，也成为其他各
门自然科学的典范；
⑶经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会的进步具
有深远影响：
①经典力学形成的科学研究方法的推广应用；
②经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促
进了自然科学的进一步发展；
③经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的
发展。
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，海王星和冥王星
的发现就充分显示了这
一点 .
牛顿力学的绝对时空观: 伽利略和牛顿的绝对时空观
认为,同一物体运动的时间和长度(位移)在不同的参考
系中,测量结果是相同的.
牛顿的局限
1)绝对时空观
认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对
的物理量。
2)当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝
的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正
是牛顿的悲剧。
1905年，爱因斯坦
（1879─1955）发表了
狭义相对论:
在宇宙中唯一不变的
是光在真空中的速度，其
它任何事物─速度、长度、
质量和经过的时间，都随
观察者的参考系（特定观
察）而变化。
三
、
狭
义
相
对
论
的
基
本
原
理
（1）相对时间
狭义相对论认为时间不是绝对的（即固
定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观
察者所见到的）运动速度的加快，时间会变
慢。
使用同步原子钟已证实了这个结论的正确
性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个
以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随
后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快
一点。
1、相对性原理
（1）相对时间
0
2
1
tt
v
c
1、相对性原理
（2）相对长度
爱尔兰物理学家佛兹杰拉德
(1851─1901)提出，物质会在运动的方向上
收缩（缩小），这意味着根据一个静止观
察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭
所表现出的长度会比它静止时更短，尽管
乘坐火箭的人看来并没有什么两样。
爱因斯坦指出，任何物体以光速运动
时，其长度将会缩短为零。
1、相对性原理
（2）相对长度
2
0 1 vL L c
1、相对性原理
（3）相对质量
物体运动时的质量与静止质量的关系
0
2
1
mm
v
c
1、相对性原理
2、光速不变原理
对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播的光
速都相同,且与光源的运动状态无关。
即谁测真空中的光速都是c ,与惯性系的选择及光源无关。
例：宇宙飞船以20万 km/s的速度飞行, 人在飞船上向前发一束
光, 光在飞船中以光速 c 传播, 地球上的人测得光速多大？
30 20 50c c u 万Km/s按运动合成得:
30c c 实际测得: 万Km/s
爱因斯坦理论是牛顿理论的发展注意
一切物
理规律
力学规律
“照亮我的道路,并不断给我
新的勇气去愉快地正视生活理
想的是善、是美、是真”。
他剖析自己的科学感受时说：
Einstein 对相对论的解释:
当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时,
你感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一
分钟,就好象坐了一小时,这就是相对论。
“ 科学的头脑就是去怀疑,
去证实,
去发现的精神! ”
Albert Einstein
世纪伟人
相对论好象是：“光彩夺目的火箭，
它在黑暗的夜空，突然划出一道道
十分强烈的光辉，照亮了广阔的未
知领域。” ——德布罗意
因此，当物体的速度远小于
真空中的光速时，经典力学完全
适用；当物体的速度接近光速时，
经典力学就不适用了。
四、经典力学难以解释微观粒子的运动
科学家们发现，电子、质子、中子等微观粒子不
仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动在
很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代
量子力学的出现，才很好地揭示了微观世界的基本
规律。
五、强引力作用下出现的问题
牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问
题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在不断旋进
（参见教材图7.6-1），其实际观察值要比经典力学的预
言值多。1915年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作
出很好的解释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会
发生偏转，且已被观测证实。
另外，根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为
0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认
为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的
时候，这个引力半径的值由天体的质量决定。当天体的实
际半径接近引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算
出的力的差异急剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不
再适用。
六、经典力学的适用范围
经典力学有它的适用范围：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；
只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。
对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用
爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光
速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。
对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可
以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。
对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天
体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理
论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。
经典力学规律只能用于：
宏观物体、低速运动、弱引力。
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
B、研究“神州”五号的高速发射
C、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
【答案】BCD
【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。
练习1
B
练习2
爱因斯坦给后人的信
一天，爱因斯坦正在撰写光电效应
定律的论文，美国总统罗斯福打来电
话，让他给5000年后的人们写一封信。
爱因斯坦笑了，说：“总统，您真会
开玩笑，要我写些什么呢？”
罗斯福非常郑重地说：“把我们这
个时代人们的思想和科学的发展，告
诉5000年后的人们，让他们对我们有
所了解。”“这样的信，即使写了也
没法寄啊！”爱因斯坦说，“没有这
样的邮差。”
“这个，我考虑过。”罗斯福成竹
在胸，“有的。我们给他们做一个安
全固定的信箱，5000年后，他们到那
里去取就是了……”爱因斯坦饶有兴趣
地点点头说：“还是总统有办法。”
罗斯福1933年任美国第32届总统，
业绩辉煌。他所以叫爱因斯坦给5000
年后的人们写信，要的是名人效应。
爱因斯坦是伟大的科学家，在物理学
的许多方面做出了卓越的贡献，特别
是相对论，揭示了空间—时间的辩证
关系，无论在科学上还是在哲学上，
都具有重要的历史意义。
1938年8月10日，爱因斯坦写了
《致后人书》——
“我们的时代富于创造思想。我们的
发现本应该可以大大地使我们的生活轻松
愉快。我们利用电能横渡大洋。我们使用
电能来减轻人类的繁重的体力劳动。我们
学会了飞行。我们利用电波很容易地把消
息发到全球各地去。”
“但是，虽然有着这一切，我们的商
品的生产和分配是完全无组织的，人们必
须生活在忧虑中，担心被人从经济生活中
抛出，失去一切。除此之外，生活在不同
国家中的人们每隔一个长短不等的时间就
要进行互相杀戮，因此，每一个想到未来
的人必然都生活在经常的忧虑中。”
“我相信，我们的后人将怀着一种理
所当然的优越感读上面这几行文字吧。”
爱因斯坦的这封给后人的信是用特制
的墨水和纸写成的。与其它的文件一起装
进一个特制的钢体里，埋入纽约当时准备
动工兴建的国际博览会建筑地基下面15米
的花岗岩洞内，地面立有一碑柱，要人们
在5000年后，即公元6938年取出钢体内的
东西。
爱因斯坦的《致后人书》，许多报刊
上登过，5000年后的人们如果只想读到这
封信，根本用不着去碰国际博览会地基下
的那颗“定时炸弹”。
瞬间一别路漫漫，但觉未过光速关。
钟尺合须静里用，云山偏向动中看。
时空相对非虚语，质能并增岂等闲。
权将电波传信息，只缘相见难上难。
跨箭相期星际游，一别瞬息见三秋。
动境钟尺多疑难，因果规律乃存留。
质能守恒惊人数，时空相对尽眼收。
权将光波通信息，归来尚须苦作舟。
第三章 混凝土结构的设计方法
3.1 结构的设计要求
◆ 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理
◆ 由于实际工程结构中存在多种不确定性
◆ 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确
定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡
第三章 混凝土结构的设计方法
一、结构上的作用、作用效应、结构抗力
1、作用：使结构产生内力、变形的原因。
Ø直接作用：荷载
Ø间接作用：不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震
2、作用分类
Ø永久作用：
Ø可变作用：
Ø偶然作用：
3.1 结构可靠度
§ 3. 1 结构可靠度
第三章 混凝土结构的设计方法
3、作用效应
作用效应（S） ：结构上的作用引起的效应
M、N、V、T、 f、w
S = S(Q) QCS
4、结构抗力
结构抗力（R ）：结构抵抗作用效应的能力 。
Mu、Vu、 [f]、 [w]
R = R(fc, fs, A, h0, As, …)
3.1 结构可靠度
第三章 混凝土结构的设计方法
3.1 结构可靠度
第三章 混凝土结构的设计方法
三、结构安全等级
次要的建筑物不严重三级
一般的建筑物严重二级
重要的建筑物很严重一级
建筑物类型破坏后果安全等级
建筑结构的安全等级
3.1 结构可靠度
第三章 混凝土结构的设计方法
3.2 荷载和材料强度
§3.2 荷载和材料强度
对于结构设计而言，如何设计的安全呢？
)645.11(645.1 mmk fff
)645.11(645.1 mmk SSS荷载标准值：
材料强度标准值：
1.645——保证率系数。
荷载标准值——实际荷载低于标准值的概率为95％；
材料强度标准值——实际强度高于标准值的概率为95％；
Sm Sm+1.645σ fm-1.645σ fm
第三章 混凝土结构的设计方法
一、极限状态
表 4.1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念
结构的功能 可靠 极限状态 失效
安全性 受弯承载力 M < Mu M = Mu M > Mu
适用性 挠度变形 f < [f] f = [f] f > [f]
耐久性 裂缝宽度 wmax< [wmax] wmax= [wmax] wmax> [wmax]
3.3 极限状态设计法
§3.3 极限状态设计法
第三章 混凝土结构的设计方法
承载力极限状态
超过该极限状态，不能满足安全性要求
◆ 结构或构件达到最大承载力
◆ 结构整体或其中一部分作为刚体失去平
衡
◆ 结构塑性变形过大而不适于继续使用
◆ 结构形成几何可变体系
◆ 结构或构件丧失稳定
3.3 极限状态设计法
第三章 混凝土结构的设计方法
正常使用极限状态
超过该极限状态，不能满足适用性和耐久性的要求。
◆ 过大的变形、侧移；
◆ 过大的裂缝；
◆ 过大的振动；
◆ 其他正常使用要求。
3.3 极限状态设计法
第三章 混凝土结构的设计方法
二、极限状态方程
结构的功能函数Z=R-S（随机变量）。
Z=R-S>0，可靠
Z=R-S=0，极限状态
Z=R-S
微信/支付宝扫码支付