第02節(jié)經(jīng)典時空觀與相對論時空觀

執(zhí)教：佛山市南海區(qū)第一中學(xué)劉桂斌第五章

2.經(jīng)典時空觀和相對論時空觀運動的描述探究勻變速直線運動規(guī)律曲線運動（拋體運動、曲線運動）研究物體間的相互作用力與運動萬有引力定律及其應(yīng)用力學(xué)動力學(xué)運動學(xué)靜力學(xué)牛頓力學(xué)經(jīng)典力學(xué)一、經(jīng)典力學(xué)發(fā)展物理經(jīng)典力學(xué)理論卻是由西方世界于16世紀(jì)起建立和完善。哥白尼——創(chuàng)立日心說伽利略——發(fā)現(xiàn)慣性定律、落體定律和力學(xué)相對性原理。笛卡兒——比較完整的第一次表述了慣性定律?；莞埂鉀Q了完全彈性碰撞問題開普勒——發(fā)現(xiàn)了行星運動規(guī)律宏偉的經(jīng)典力學(xué)大廈牛頓第一定律牛頓第二定律牛頓第三定律萬有引力定律牛頓:"如果說我看得遠(yuǎn),那是因為我站在巨人們的肩上。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》太空海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn),說明了牛頓經(jīng)典力學(xué)具有無比強(qiáng)大的威力,證明牛頓的經(jīng)典力學(xué)大廈是非常完美!德國物理學(xué)家普朗克年輕時表示要獻(xiàn)身理論物理學(xué)時,老師約利勸他:“年輕人,物理學(xué)是一門已經(jīng)完成了的科學(xué),不會有多大的發(fā)展了,將一生獻(xiàn)給這門學(xué)科,太可惜了.”1900年4月27日開爾文勛爵《在熱和光動力理論上空的19世紀(jì)烏云》力學(xué)理論斷言,熱和光都是運動的形式。但是現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽,顯得黯然失色了!二、經(jīng)典力學(xué)困境以太漂移實驗黑體輻射“紫外災(zāi)難”光電效應(yīng)1887年赫茲發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學(xué)時空觀（1）同時的絕對性（2）時間間隔的絕對性

（3）空間距離的絕對性

時間、長度和質(zhì)量這三者都與運動無關(guān)。三、經(jīng)典時空觀及其局限性

（4）物體質(zhì)量的絕對性

絕對時空觀1.經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體速度的限制，只適用于處理物體的低速運動問題，而不能解決高速運動問題（接近光速）2.牛頓運動定律只適用于宏觀物體的運動，不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象雖然在力學(xué)、光學(xué)、甚至數(shù)學(xué)很有成就,但當(dāng)問題牛頓解釋不了時,他就只好用上帝的萬能來解釋,為此牛頓花費了后半生的心血,這正是牛頓的悲劇。四、相對論及其時空觀第一篇：關(guān)于光電效應(yīng)的論文。第二、三篇：關(guān)于布朗運動的論文。第四篇：論文《論動體的電動力學(xué)》第五篇：論文《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)系嗎？》愛因斯坦1905年的五篇論文“利用別人的證據(jù),構(gòu)建自己的理論”2.人類和平利用—核電站1.軍事利用—原子彈、氫彈(裂變、聚變）（鈾235或钚239）狹義相對論時空觀（愛因斯坦）（1）相對性原理。不同慣性參考系,一切物理規(guī)律相同。（2）光速不變原理。在任何慣性系,真空中的光速相同。幾個推論:（1）同時的相對性。（2）運動的時鐘變慢。（3）運動的尺子變短。（4）物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大。

時間、長度和質(zhì)量都與運動有關(guān)?；炯僬f

相對時空觀光速的測定1607年伽利略1676年丹麥天文學(xué)家羅邁1926年美國物理學(xué)家邁克爾遜同時的相對性向右勻速運動鐘慢效應(yīng)證據(jù)一、高速運動的不穩(wěn)定粒子的壽命變長(如μ子)。二、1972年、1975-1976年、1996年、2010年四次飛行原子鐘的實驗變慢

三、GPS系統(tǒng):地面鐘A的頻率為10.23MHz，衛(wèi)星鐘B要調(diào)慢0.04567Hz”，才能實現(xiàn)“實時同步”雙生子悖論1911年法國物理學(xué)家朗之萬設(shè)想:一對雙胞胎都20歲，一個留在地球上，一個乘坐火箭到太空旅行?；鸺w行速度接近光速v=0.9999c，當(dāng)火箭人看自己的鐘，飛行了1年后，地球人的時鐘已經(jīng)度過了約71年。雙生子悖論廣義相對論(1915年)廣義相對論的引力場方程這個方程左邊表示的是時空彎曲的情況,右邊表達(dá)物質(zhì)及其運動。愛因斯坦的引力場方程預(yù)言正在被逐步證實!北京時間2019年4月10日21時,人類首張黑洞照片面世,

該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質(zhì)量約為太陽的65億倍。它的核心區(qū)域存在一個陰影,周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。引力波是指時空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播。它是一種看不到的波，傳播速度幾乎相當(dāng)于光速。2015年9月14日探測到首個引力波信號！2016年6月16日凌晨，人類探測到的第二個引力波信號

。2017年10月16日，全球多國科學(xué)家宣布人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波，并同時“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號。愛因斯坦成功的秘訣A=X+Y+Z課外作業(yè)1、閱讀課本和網(wǎng)絡(luò)查閱關(guān)注意的知識2、假期推薦電影《星際穿越》《流浪地球》3.假期看一本書《時間簡史》1.(單選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和相對論,說法正確的是（）A.經(jīng)典力學(xué)和相對論是各自獨立的學(xué)說,互不相容B.相對論是在否定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上建立起來的C.相對論和經(jīng)典力學(xué)是兩種不同的學(xué)說,二者沒有聯(lián)系D.經(jīng)典力學(xué)包含于相對論之中,經(jīng)典力學(xué)是相對論特例2.(單選)下列說法不正確的是（）A.經(jīng)典時空觀認(rèn)為空間和時間是獨立于物體及其運動而存在的B.相對論時空觀認(rèn)為物體的長度和質(zhì)量會隨著物體的速度不同而不同C.經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體、低速運動問題,不適用于高速運動的問題D.當(dāng)物體的運動速度遠(yuǎn)小于光速時,相對論和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論仍有很大的區(qū)別3.牛頓定律能適用于下列哪些情況？A.研究原子中電子的運動B.研究“神舟”五號的高速發(fā)射C.研究地球繞太陽的運動D.研究飛機(jī)從深圳飛往北京的航線【提示】經(jīng)典力學(xué)只適用于處理宏觀物體的低速運動。【答案】BCD4.下面有關(guān)科學(xué)家和涉及的事實，正確的說法是A.哥白尼創(chuàng)立了日心說B.伽利略發(fā)現(xiàn)了行星運動規(guī)律C.惠更斯解決了彈性碰撞問題D.愛因斯坦提出了量子論AC5.一列火車以速度v相對地面運動.如果地面上的人測得，某光源發(fā)出的閃光同時到達(dá)車廂的前壁和后壁，以下說法中正確的是（）A.火車上的人測得，閃光先到達(dá)前壁B.火車上的人測得，閃光先到達(dá)后壁C.火車上的人測得，閃光同時到達(dá)車廂的前壁和后壁D.條件不足，無法確定A