高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性精品备课ppt课件

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设想人类可以利用飞船以 0.2c 的速度 进行星际航行。若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？
17 世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 。
描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一物体相对于参考系是如何运动的。
两个小球一起做自由落体运动，均受到重力的作用，如果以红球为参考系，则绿球是静止的。而绿球受到的合外力不为零。所以绿球相对于红球这个参考系而言，并不符合牛顿运动定律。
惯性参考系——牛顿运动定律成立的参考系
非惯性参考系——牛顿运动定律不成立的参考系
所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系，而对于惯性系做变速运动的参考系为非惯性系。
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。
1、相对论的两个基本假设
（1）相对性原理：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。
（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中，大小都是相同的。
这两个假设看起来平淡无奇，但如果接受了这两个假设的观点，并用它来分析问题，可能会在我们的头脑中引起一场轩然大波！
在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设，我们会得出“同时是相对的”这样一个结论.
车上的人看到的车厢的长度：
车外的人看到的车厢的长度：
结论： 一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比、杆静止时的长度小.
结论：火车上的时间进程变慢了，这是时间间隔的相对性，称为“时间延缓效应”.
(3)运动的时钟变慢
a图以车上的人作为参考系△t＇
b图以站台上的人作为参考系△t
但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大
m0为物体静止时的质量m是物体速度为v时的长度c是真空中的光速
质量随速度增大而增大
相对论时空观的第一次宏观验证是在 1971 年进行的。 当时在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，另一架 向西飞。两架飞机各绕地球飞行一周后回到地面，与留在地面上的铯原子钟进行比较。实验结果与相对论的理论预言符合得很好。
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬.
(1) 实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合.(2) 确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，形成了完整的经典力学体系.
经典力学的成就和局限性
大到天体运动，小到生活中各种各样的运动，都符合牛顿经典力学，牛顿经典力学覆盖着极广大的范围。
在微观世界中（尺度在10-10m以下），由于物质的存在和运动形式（波粒二象性），较宏观世界，有较大的不同,牛顿力学也不适用。
牛顿力学只适用于低速运动，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。
1.以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是(　　) A．低速、宏观的运动问题 B．高速、微观的运动问题 C．低速、微观的运动问题 D．高速、宏观的运动问题