相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性（教學(xué)課件）

7.5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性人教版（2019）普通高中物理必修第二冊(cè)同步教學(xué)課件第七章·萬(wàn)有引力定律與航天目錄1牛頓力學(xué)時(shí)空觀2相對(duì)論時(shí)空觀3牛頓力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律更是樹立了人們對(duì)牛頓物理學(xué)的尊敬。通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道從天體的運(yùn)動(dòng)到地面上的各種物體的運(yùn)動(dòng)，從大氣的流動(dòng)到地殼的變動(dòng)，所有這些都服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。那么，是不是任何情境下都遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律呢？知識(shí)點(diǎn)一：牛頓力學(xué)時(shí)空觀在牛頓力學(xué)時(shí)空觀里，時(shí)間像一條看不見的“長(zhǎng)河”，均勻地自行流逝著，空間像一個(gè)廣闊無(wú)邊的房間，它們都不影響物體及其運(yùn)動(dòng)。所以不管選什么參考系，不管物體怎么運(yùn)動(dòng)，物體的時(shí)間、長(zhǎng)度、質(zhì)量等等的測(cè)量結(jié)果肯定是一樣的。1、牛頓力學(xué)時(shí)空觀時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。這種絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。知識(shí)點(diǎn)一：牛頓力學(xué)時(shí)空觀思考1：若河中的水以相對(duì)于岸的速度v水岸流動(dòng)，河中的船以相對(duì)于水的速度v船水順流而下，則船相對(duì)于岸的速度v船岸如何表示？v船岸＝v船水＋v水岸思考2：設(shè)想人類可以利用飛船以0.2c的速度進(jìn)行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光，該星球上的觀察者測(cè)量到的激光的速度是否為1.2c？知識(shí)點(diǎn)一：牛頓力學(xué)時(shí)空觀問題的答案似乎應(yīng)為1.2c，然而，事實(shí)并非如此！因?yàn)榻?jīng)典力學(xué)不再適用。經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問題，要解決這一問題就需要用到相對(duì)論時(shí)空觀。知識(shí)點(diǎn)二：相對(duì)論時(shí)空觀1.牛頓力學(xué)與電磁波理論遇到了怎樣的矛盾和沖突

按照絕對(duì)時(shí)空觀,光的傳播速度與參考系的選取有關(guān),而實(shí)驗(yàn)測(cè)得光的傳播速度與參考系的選取無(wú)關(guān),二者有矛盾.2.愛因斯坦的假設(shè)(1)在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是相同的;(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的.知識(shí)點(diǎn)二：相對(duì)論時(shí)空觀3.時(shí)間間隔的相對(duì)性(1)時(shí)間延緩效應(yīng):在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參考系中觀測(cè)事件變化過程的時(shí)間間隔變大了。(2)時(shí)間變換公式:知識(shí)點(diǎn)二：相對(duì)論時(shí)空觀4.長(zhǎng)度的相對(duì)性（1）長(zhǎng)度收縮效應(yīng):一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿,其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度變小。（2）長(zhǎng)度變換公式:知識(shí)點(diǎn)三：牛頓力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展過程伽利略、第谷哥白尼、亞里士多德笛卡爾、胡克、哈雷等如果說(shuō)我看得遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟稀?/p>

——牛頓開普勒牛頓經(jīng)典力學(xué)金字塔的建立知識(shí)點(diǎn)三：牛頓力學(xué)的成就與局限性亞里士多德：經(jīng)驗(yàn)主義：必須有力作用在物體上物體才能運(yùn)動(dòng)伽利略：理想實(shí)驗(yàn)（斜面）：物體保持運(yùn)動(dòng)不需要力維持笛卡爾：如果運(yùn)動(dòng)中物體沒受到力，將以同一速度沿以直線運(yùn)動(dòng)。牛頓：牛頓定律（慣性定律，加速度定律，作用反作用定律）牛頓運(yùn)動(dòng)定律經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展過程知識(shí)點(diǎn)三：牛頓力學(xué)的成就與局限性牛頓解決橢圓并延伸到萬(wàn)物間有力哥白尼：日心說(shuō)第谷：20年精心觀測(cè)數(shù)據(jù)開普勒研究第谷數(shù)據(jù)得三個(gè)定律胡克、哈雷進(jìn)一步認(rèn)識(shí)萬(wàn)有引力定律經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展過程知識(shí)點(diǎn)三：牛頓力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典時(shí)空觀狹義相對(duì)論時(shí)空觀光速同時(shí)時(shí)間與空間質(zhì)量相對(duì)的絕對(duì)的（不變）絕對(duì)的與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，絕對(duì)的與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，不變的相對(duì)的與運(yùn)動(dòng)有關(guān)，相對(duì)的隨速度增大而增大知識(shí)點(diǎn)三：牛頓力學(xué)的成就與局限性1.牛頓力學(xué)的成就：

牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律,萬(wàn)有引力定律的建立與應(yīng)用更是確定了人們對(duì)牛頓力學(xué)的尊敬.在宏觀物體做低速運(yùn)動(dòng)的廣闊領(lǐng)域,牛頓力學(xué)與實(shí)際相符合,顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力.知識(shí)點(diǎn)三：牛頓力學(xué)的成就與局限性2.牛頓力學(xué)的局限性:(1)微觀世界:電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子,發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性,同時(shí)還具有波動(dòng)性,它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)來(lái)說(shuō)明。(2)牛頓力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng),不適用于高速運(yùn)動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)三：牛頓力學(xué)的成就與局限性3.相對(duì)論和量子力學(xué)與牛頓力學(xué)的關(guān)系：

當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí),相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別;當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別.相對(duì)論和量子力學(xué)都沒有否定牛頓力學(xué),只是認(rèn)為牛頓力學(xué)是在一定條件下的特殊情形.經(jīng)典力學(xué)弱引力低速宏觀強(qiáng)引力高速微觀廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論量子力學(xué)相對(duì)論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系：互為補(bǔ)充，互不矛盾，互不否定共同支撐起物理學(xué)科的骨架。經(jīng)典力學(xué)的適用范圍例1.愛因斯坦于1905年在德國(guó)《物理年鑒》發(fā)表了論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，論文首先提出狹義相對(duì)論。根據(jù)狹義相對(duì)論，下列說(shuō)法正確的是（）A．真空中的光速在不同慣性參考系中是不相同的B．物體在接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它沿運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度會(huì)變短C．質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果與物體相對(duì)觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)D．狹義相對(duì)論徹底推翻了牛頓的經(jīng)典物理學(xué)B例2．關(guān)于相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)，下列說(shuō)法正確的是（）A．大到天體，小到微觀粒子，牛頓力學(xué)均適用B．相對(duì)論與量子力學(xué)的出現(xiàn)，否定了牛頓力學(xué)的成就C．相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為，物體的長(zhǎng)度和質(zhì)量會(huì)隨著物體的速度不同而不同D．當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論和牛頓力學(xué)仍有很大的區(qū)別C例3．用相對(duì)論時(shí)空觀的觀點(diǎn)判斷，下列說(shuō)法正確的是（）A．時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變B．在地面上的人看來(lái)，以