物理粤教版必修2知识导航第五章1.经典力学的成就与局限性2.经典时空观与相对论时空观

第一节经典力学的成就与局限性第二节经典时空观与相对论时空观知识梳理一、经典力学的发展历程经典力学通常指以牛顿运动定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述低速宏观物体机械运动的经典力学体系，也称牛顿力学或古典力学体系.从亚里士多德和阿基米德的物理学发展到经典力学体系经历了约两千年，经历了以哥白尼、开普勒和伽利略为代表的科学革命.牛顿在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人研究的基础上，进行了一次科学的伟大的综合，即天与地、实验归纳与理论演绎、时空观与方法论、数学与哲学、物理思维与技术应用等方面的综合，形成了一个以实验为基础，以数学为表达形式的力学科学体系.二、经典力学的伟大成就1.实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合.2.界定了自然科学应有的基本特征.3.将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支上，形成了完整的经典力学体系.三、经典力学的局限性和适用范围（1）把一切自然现象都归结为机械决定论.（2）把时间、空间割裂开来，认为它们与物质运动无关.（1）只适用于低速运动，不适用于高速运动.（2）只适用于宏观物体运动，不适用于微观粒子的运动.（3）只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境.四、经典时空观定义：牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系（inertialsystem）.牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系.(1)概述：对于所有的惯性系，力学规律是相同的，或者说一切惯性系都是等效的.(2)两个要点：①如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系；②力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性系都是平权的.(1)概述：绝对的真实的数学时间就其本质而言，是永远均匀地流逝.绝对空间就其本质而言是与任何外界无关，并且与任何外界事物无关.这就是经典力学的时空观，也称为绝对时空观.(2)几个具体结论①同时的绝对性.②时间间隔的绝对性.③空间的绝对性.五、相对论时空观1.狭义相对论（specialrelativity）的两个假设（1）在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的——相对性原理（principleofrelativity）.（2）真空中的光速相同——光速不变原理.这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础.（1）“同时”的相对性;（2）运动的时钟变慢;（3）运动的尺子缩短.（4）物体的质量随速度的增大而增大经过严格的证明，物体有静止质量m0和运动的质量m，它们之间有如下关系：m=从上式可以看出，当物体（一般是粒子）的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量.知识导学由牛顿力学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.火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例.疑难突破1.“同时”的相对性的理解剖析：“同时性”在惯性系中，在低速时是没有疑问的.例如一列火车在做匀速直线运动，在某车厢中的中点一个人点燃一枝蜡烛.他看到车厢前后两壁是同时被照亮的，地面上人也应认为前后壁都是被同时照亮的，但有了光速不变原理时，情况就不一样了，当火车速度较大时，地面上的人将认为光先到达后壁，而后到达前壁.这就是“同时的相对性.”时间进程对于同一个参考系（惯性系）是没有变化的，而从另一个参考系来看这个参考系才会有变化.时间进程要能感觉出来必须是两个参考系的相对速度很大，大到能和光速相比，这时候在光的传播的很短时间内，相对位移就很大了.时间进程变慢在低速世界只能从推算中得知，然后进行推理才能感知.剖析：在一个匀速前进的车厢顶上有一平面镜，正下方有一光源（闪光光源），车顶到光源距离为h.对火车上的人来说，光从光源经平面镜回到光源所经过的时间为Δt′=,对于地面上的人看到的光通过的路程为（）2=（）2h2,可得Δt=.显然，由c＞v可知Δt＞Δt′.这说明：关于闪光从光源出发，经小镜反射又回到光源处所经历的时间，地面上的观察者与运动的车上观察者的测量结果是不同的，运动的车上观察者测的时间间隔短些.该式子具有普遍意义，当从地面观察以速度v前进的火车时，车上的时间进程变慢了，不仅时间变慢了，物理、化学过程和生命的过程都变慢了，但车上的人都没有这种感觉，他们反而认为地面上的时间进程变快了.剖析：如果匀速直线运动的火车上沿着运动的方向放着一根木杆，坐在火车上的人测得木杆头尾坐标之差是木杆的长，但地面上的人则认为他不是同时测得木杆头尾的坐标，因为由于车在运动、杆在运动，他们同时有相对性.同样，地面上认为是同时测量的，火车上的人认为是不同时的，经过严格的推导可得：l=l′l′为车上人测得的长度，l为地面上人测得的长度，由于1()2＜1，所以l＞l′.其意义是：相对于地面以速度v运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短得越多，但是高度却没有什么变化，对于车上的人来说，车上一切和往常一样，只是地面上的物体和距离都变窄了、变短了.由于两个参考系相对速度很大，从一个参考系看另一个参考系里的长度，而且是顺着速度方向的长度会变短，这也是严格推算出来的.这可以从列车高速对开时笛声频率发生变化受到启发，