相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊+

相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性年級：高一年級學(xué)科：物理（人教版）

衛(wèi)星導(dǎo)航中的原理視頻出自江西衛(wèi)視《真是想不到》第58期

火車的速度是180km/h，如果車上列車員以1m/s的速度沿車廂同向前進(jìn)，相對于地面靜止的觀察者看到列車員的速度是多大？v人地＝v人車＋v車地

火球爆炸的瞬間，觀察者與爆炸點(diǎn)距離為ｄ，各小光球速度均為ｖ，如果光速遵循速度疊加規(guī)則，那么哪個小光球發(fā)出的光最先被觀察者看見？哪個小光球發(fā)出的光最后被觀察者看見？請導(dǎo)出時間差表達(dá)式。

火球在空中爆炸后，多個小光球向四面八方運(yùn)動，形成漂亮的球形煙花。ab觀察者能明顯看到先后光亮嗎？要使時間差能夠被人眼區(qū)分，d、v應(yīng)該滿足什么條件？

假設(shè)光速遵循速度疊加規(guī)則

約6500光年外的蟹狀星云是超新星爆發(fā)形成的，爆發(fā)物質(zhì)的運(yùn)動速度大約是光速的1/200。

如果光速遵循速度疊加規(guī)則，天文學(xué)家計(jì)算得到光到達(dá)地球的時間差應(yīng)該為50年，但在實(shí)際的觀測中沒有發(fā)現(xiàn)這樣的證據(jù)，中國宋朝的記載是23天。v人地＝v人車＋v車地

為什么光速不遵循速度疊加規(guī)則？光速C本身是相對于哪個參考系的？

麥克斯韋方程組不滿足伽利略變換

（疊加規(guī)則）

物理學(xué)的兩朵烏云之一

在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的面前，許多物理學(xué)家仍然立足在牛頓力學(xué)時空觀的基礎(chǔ)上，想通過一些理論上的修補(bǔ)工作，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

以愛因斯坦和龐加萊為代表的另一批物理學(xué)家，堅(jiān)決主張徹底放棄某些與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不相符的觀念，在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，大膽提出，能夠更好地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的假設(shè)。(1)不同慣性參考系中,

物理規(guī)律形式相同相對論的兩條基本假設(shè)(2)任何慣性系中光速不變

如果你身處一列看不見外界的車廂中，你能否通過身體的前傾和后仰判斷火車是靜止還是勻速運(yùn)動？

一列火車以速度v相對地面高速運(yùn)動，位于火車車廂正中間的光源，某一時刻發(fā)出了一個閃光。車上的觀察者看來，閃光是否同時到達(dá)前壁和后壁？

與地面靜止的觀察者眼中，光剛從光源發(fā)出時，前壁與后壁離光源是否等距?經(jīng)過時間t后，前壁與后壁離光發(fā)出時的位置還等距嗎?

根據(jù)光速不變原理，靜止在地面的觀察者能看到光同時到達(dá)前壁與后壁嗎?

光到達(dá)前后壁的時間間隔與火車相對于觀察者的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，所以時間間隔還是與物體運(yùn)動無關(guān)的獨(dú)立存在嗎?

在愛因斯坦兩個假設(shè)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到以下結(jié)論。

除了時間觀念，你認(rèn)為空間距離是否也會與物體的運(yùn)動有關(guān)?

看起來如此不可思議的相對論效應(yīng)是否得到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證了呢？視頻出自bilibiliup主樂哥胡講

當(dāng)高鐵列車以160km/h運(yùn)行時，車上乘客的時間流逝速度與靜止在地面上的人相同嗎？

14000km/h

那為什么導(dǎo)航衛(wèi)星的時間流逝比地面上的慢，高鐵卻沒有？

運(yùn)動物體的長度（空間距離）和物理過程的快慢（時間進(jìn)程）都跟物體的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。它所反映的時空觀稱作相對論時空觀。

運(yùn)動物體的長度（空間距離）和物理過程的快慢（時間進(jìn)程）都跟物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，具有絕對性。它所反映的時空觀稱作絕對時空觀。相對論時空觀絕對時空觀

兩種時空觀

除了高速運(yùn)動領(lǐng)域，牛頓力學(xué)在其他方面是否也有局限性？牛頓力學(xué)過時了嗎?我們是否仍要學(xué)習(xí)牛頓力學(xué)?

基于實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的牛頓力學(xué)不會被新的科學(xué)成就所否定，而是作為某些條件下的特殊情形，被包括在新的科學(xué)成就之中。牛頓力學(xué)取得的偉大成就有哪些?

回過頭看相對論等理論的發(fā)展歷程，你覺得科學(xué)理論的發(fā)展有何特點(diǎn)?

科學(xué)理論具有相對穩(wěn)定性，又是不斷發(fā)展的，人類對自然的探索是永無止境的，每一代人都有繼續(xù)探究的責(zé)任。牛頓力學(xué)狹義相對論量子力學(xué)宏觀低速高速微觀世界鐘慢效應(yīng)尺縮效應(yīng)