（2021新人教版）高中物理必修第二册7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性ppt课件.pptx

1、 三种宇宙速度 同步卫星 近地卫星 第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度 生活经验让我们体会到， 时间好像一条看不见的 长河，均匀地自行流逝 着，空间好像一个广阔 无边的大房间，它们彼 此独立，都不影响物体 及其运动。这种绝对时 空观，也叫 。 我们知道，如果河水中的河水以相 对河岸的速度流动，河中的船以 相对于水的速度顺流而下，则船 相对于岸边的速度为 v = v0+v1 这类表达式，又被称 为，是牛顿力学，研 究相对运动问题的基本原理之一。 如果有一艘飞船，相对地面以速度v0= 0.2c（c为真空中的光速）匀速运动， 从飞船上，沿飞船前进方向，射出一束光，在地面上的人看来，这束光传播

2、的速度是否应为 v =v0+c = 1.2c 呢？ 1.2倍的光速与我们中学里学到的， 两者不相符。 1887年，美国科学家迈克尔逊和莫雷通过实验证明了，在不同的 参考系中，光的传播速度都是一样的！ 这与牛顿力学中， 不符！ 在实验事实的面前，许多物理学家，仍然立足在牛顿力学时空观的 基础上，想通过一些理论上的修补工作，解释实验现象。 以爱因斯坦和庞加莱为代表的另一批物 理学家，坚决主张，彻底放弃某些与实 验事实不相符的观念，如绝对时间的观 念，在实验事实的基础上，大胆提出， 能够更好地解释实验现象的假设。 爱因斯坦假设： 假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行 驶。车厢中央的光源发出了一个闪光，

3、 闪光照到了车厢的前壁和后壁。 车上的观察者以车厢为参考系，因为车 厢是个惯性系，光向前、后传播的速率 相同，光源又在车厢的中央，闪光当然 会同时到达前后两壁 对于车下的观察者来说，他以地面为参 考系，因闪光向前、后传播的速率对地 面也是相同的，在闪光飞向两壁的过程 中，车厢向前行进了一段距离，所以向 前的光传播的路程长些。他观测到的结 果应该是：闪光先到达后壁，后到达前 壁(图7.5-1乙)。 因此，这两个事件不是同时发生的 由此可见，时间不再是绝对的，而是相对的，这种情况被称为： 如果相对地面以v运动的某惯性参考系上的人，观察与其一起运动的物 体完成某个动作的时间间隔为 ，地面上的人观察该

4、物体在同一地点 完成这个动作的时间间隔为t，两者之间的关系为： 2 )(1 c v t t c v 1)(1 2 如果有一根杆，与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以速 度v相对杆运动的人测得杆长是l，那么l0与l两者之间的关系是： 2 0 )(1 c v ll 0 2 l l 1)(1 c v 由此可见，空间距离也不再是绝对的，而是相对的，这种情况被称为 。 由上面两个式子可以知道，运动物体的长度（空间距离）和物理 过程的快慢（时间进程）都跟物体运动状态有关。这个结论具有 革命性的意义，它反映的时空观称作。 2 )(1 c v t 2 0 )(1 c v ll 这两个式子中都有一个

5、因式： 2 )(1 c v 当物体运动的速度v远小于c时 趋近于1。 2 )(1 c v 经典力学的巨大成就 (1)把天体运动与地面上物体的运动统一起来 (2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构 力学等 (3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命 (4)由牛顿运动定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天 技术的理论基础 经典力学的局限性 1经典力学是从总结出来的，超出这个范围，经典力 学常常就不适用了 2绝对时空观：，时 间与空间也完全无关 正确理解绝对时空观 ，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝 对的 经典力学的时空观认为，时间就其

6、本质而言是永远均匀地流逝，与任 何其他外界事物无关，空间就其本质而言与外界任何事物无关，它从不 运动，并且永远不变 由绝对时空观得到的结论 在一个惯性系中的观察者在某一时刻观测到两个事件，对另一个做匀速直线运动的惯性系中的观察者来 说是同时发生的，即同时性与观察者的运动状态无关 任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系(或观察者)的运 动无关 如果各个惯性系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与惯性系 的选择(或观察者的运动状态)无关 经典力学的绝对时空观， ，不能解释高速运动领域的许多客观现象 经典力学的运动观，从自然观

7、角度来说，给出的是一幅机械运 动的图景， 经典力学有它的适用范围： 只适用于运动，运动；只适用于世界， 世界；只适用于情况，情 况 经典力学有它的适用范围： 只适用于运动，运动；只适用于世界， 世界；只适用于情况，情 况 ，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 当普朗克常量可以忽略不计时，量 子力学和经典力学的结论没有区别 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万有引力定律计算出的 力的差异并不很大 下列说法中正确的是() A牛顿运动定律就是经典力学 B经典力学的基础是牛顿运动定律 C牛顿运动定律可以

8、解决自然界中所有的问题 D经典力学可以解决自然界中所有的问题 经典力学只适用于“宏观世界”这里的“宏观世界”是指() A行星、恒星、星系等巨大的物质领域 B地球表面上的物质世界 C人眼能看到的物质世界 D不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界 关于经典力学的成就，下列论述正确的是() A经典力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合 B经典力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在 C经典力学第一次向人们展示了时间的相对性 D人们借助于经典力学中的研究方法，建立了完整的经典物理学体系 关于经典力学的局限性，下列说法正确的是() A经典力学没有局限性 B经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近 于真空中的光速时，经典力学就不适用了 C经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象 D经典力学的时间和空间分离的观点不准确 根据经典物理学知识，人们对时间和空间的认识，下列说法正确的是() A时间和空间是绝对的，与物质的存在和物质的运动都无关 B时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间也无联系 C时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系 D时间和空间不能脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系 1.相对论时空观 2.牛顿力学的成就和局限性 时间的延缓效应 长度的收缩效应 牛顿力学只适用于低速、宏观问题。 谢谢聆听