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课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性精品课件ppt，共21页。PPT课件主要包含了时间延缓效应，将杆固定在x轴上，长度收缩效应，经典力学的局限性，相对论时空观，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
[物理观念]地球绕太阳公转的速度约为3×104 m/s,设在美国伊利诺伊州费米实验室的粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度,请思考:(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速?被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速?(2)在地面上校准的两只钟,一只留在地面上,一只随宇宙飞船遨游太空,隔一段时间飞船返回地面时,两只钟显示的时间相同吗?
[答案]地球的公转速度属于低速,被加速器加速后的电子的速度属于高速.
学习任务一 相对论时空观
1. 相对性原理（爱因斯坦相对性原理）： 所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。
即力学定律从一个惯性系换算到另一个惯性系时，定律的表述形式保持不变。
2. 光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速 c 都一样（c = 3×108 m/s）。
不管光源与观察者之间的相对运动如何，在任一惯性系中所测得的真空中的光速都是相等的。
爱因斯坦经过不懈的探索加上非凡的抽象思维能力，最终拨开了物理学天空中令人不安的“乌云”，提出了著名的相对论（relativity）。他于 1905 年提出两个基本假设：
经典时空观认为，时间是绝对时间，就像一条长河，源源不断地从过去到现在直至将来，与运动无关。而相对论时空观则认为，当时钟相对于观测者静止时，时钟走得快些； 当时钟相对于观测者高速运动时，观测者则认为时钟变慢了。
分析： 在此过程中，车上的钟走过的时间为 ，称固有时.静止在地面上的观察者看来，由于列车在高速行驶测得该过程经历的时间为
设车厢高度为h，列车行驶速度为v,则
对运动长度的测量问题怎么测？同时测
在K'系中杆的长度为：
杆相对于观察者静止时测得的长度叫原长也称静长。
杆相对于观察者运动时，在运动方向上测得的长度缩短。这种现象称为长度收缩。
（2）尺缩效应只在相对运动方向上发生；
例1 (多选)一枚火箭静止于地面时长为30 m,两个完全相同的时钟分别放在火箭内和地面上.火箭以速度v飞行,光速为c,下列判断正确的是(　 )A.若v=0.5c,则火箭上的观察者测得火箭的长度仍为30 mB.若v=0.5c,则地面上的观察者测得火箭的长度仍为30 mC.若v=0.5c,则火箭上的观察者认为地面上的时钟走得快D.若v=0.5c,则地面上的观察者认为火箭上的时钟走得慢
可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。
学习任务二 牛顿力学的成就与局限性
经典力学受速度限制的分析
伽利略和牛顿的绝对时空观认为，同一物体运动的时间和长度（位移）在不同的参考系中，测量结果是相同的。
牛顿力学的绝对时空观绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关的流逝着——牛顿
绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始终如一和静止不动的——牛顿
1905年，爱因斯坦提出，物体高速时（接近光速），物体所占空间（如长度），物理、化学过程，生命持续时间，都与运动状态有关，时间与空间都与运动相关联了------------狭义相对论
变式2 下列关于经典力学的说法正确的是(　)A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子C.相对论和量子力学的出现,表明经典力学已被完全否定了D.经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功,从地面到天体的运动都服从经典力学的规律,因此任何情况下都适用
[解析]经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似,即只要速度远小于光速,经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为经典力学的公式,故A正确,B、D错误;相对论与量子力学并没有完全否定经典力学,故C错误.
牛顿力学与相对论、量子力学是历史发展的不同阶段的产物.我们对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻,从片面到全面,不断深入和完善的,所以理论的完善也需要一个过程,在历史发展的不同阶段,人类建立了牛顿力学和相对论、量子力学理论.牛顿力学理论不可能穷尽一切真理,必有其局限性,现在可认为牛顿力学理论是狭义相对论和量子力学的特例.
相对论时空观与牛顿力学的局限性
牛顿力学的成就与局限性
光速不变原理：c=3×108米/秒
相对性原理：时间和空间都是相对的
经典力学适用于低速宏观运动不适用于高速微观运动
科学是不断发展和完善的
1.一列火车以速度v相对地面运动（图7.5-4）。如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？
2.以约8km/s的速度运行的人造地球卫星上一只完好的手表走过了1min，地面上的人认为它走过这1min“实际”上花了多少时间？