相对论时空观与牛顿力学的局限性+高一下学期物理人教版（2019）必修2

相对论时空观与牛顿力学的相对性第七章万有引力与宇宙航行学习目标1.知道牛顿力学的局限性，2.了解经典力学在科学研究和生产技术中的应用，3.体会人类对自然界的探索是不断深入的。4.初步了解相对论的时空观，关注宇宙起源和演化研究进展。经典的相对性原理（1）惯性系：牛顿运动定律成立的参考系。相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。（2）伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的.设想人类可以利用飞船以0.2c的速度进行星际航行。如果飞船向正前方的某一星球发射一束激光。该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？相对论时空观的内容

19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速C这个速度是相对哪个参考系而言的？麦克斯韦英国物理学家、数学家迈克尔逊：波兰裔美国藉物理学家。1887年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的所以证明电磁波的传播速度等于光速c，无论对于哪个参考系而言都是一样的。高中物理

在牛顿力学理论与电磁波理论的矛盾与冲突面前，一些物理学家仍坚持原有理论的基础观念，进行一些修补的工作，而爱因斯坦、庞加莱等人则主张彻底放弃某些与实验和观测不符的观念，如绝对时间的概念，提出能够更好地解释实验事实的假设。爱因斯坦假设：（1）在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；（2）真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。

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，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。高中物理

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。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：时间的延缓效应。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，地面上的人观察该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，两者之间的关系为：（一）时间延缓效应如果有一根杆，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：由此可见，空间距离也不再是绝对的，而是相对的，这种情况被称为长度的收缩效应。（二）长度收缩效应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相对论时空观。这两个式子中都有一个因式：当物体运动的速度v远小于c时趋近于1。与牛顿经典力学的时空观一致原来牛顿力学时空观是相对论时空观在低速运动情况下的特例。相对于地面以速度v运动的物体，从地面上看：(1)沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短得越多.(2)在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象.高中物理牛顿力学的成就与局限性1、牛顿力学的成就

想一下主要有哪些物理学家作出了哪些突出的贡献？重大成就时间阿基米德发现浮力定律公元前三世纪开普勒发现行星运动定律1609，1619伽利略阐明了运动的相对性原理1632伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理1638帕斯卡发现帕斯卡原理1653马德堡半球实验、验证大气压力1663发现胡克定律——弹簧弹力和形变的关系1678牛顿发表《自然哲学的数学原理》，阐明了运动定律和万有引力定律1687亚里士多德伽利略笛卡儿惠更斯牛顿国别生活年代古希腊，约公元前384～公元前322年意大利，1564～1642年法国，1596～1650年荷兰，1629～1695年英国，1642～1727年主要的科学研究方法观察、思维、推理观察实验、假设、数学推理三者相结合实验观察、数学推理实验、数学推理归纳与演绎、综合与分析、实验观察等力学方面的主要成就两个反面的结论：①力是维持物体运动的原因。②重的物体比轻的物体下落得快。①自由落体运动规律②力学相对性原理惯性定律①制成了世界上第一架计时摆钟。②测量出重力加速度的值。①三大运动定律、②万有引力定律。经典力学的伟大成就⑴把人类对整个自然界的认识推进到一个新水平，牛顿从力学上证明了自然界的统一；⑵经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的基本特征，这标志着近代理论自然科学的诞生，也成为其他各门自然科学的典范；⑶经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会的进步具有深远影响：①经典力学形成的科学研究方法的推广应用；②经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促进了自然科学的进一步发展；③经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的发展。经典力学局限性：1、不能解决高速运动问题（接近光速）2、不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况．对于高速运动(速度接近真空中的光速)，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．对于微观世界，需要应用量子力学．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．对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论．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．1.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