第02节经典时空观与相对论时空观

执教：佛山市南海区第一中学刘桂斌第五章

2.经典时空观和相对论时空观运动的描述探究匀变速直线运动规律曲线运动（抛体运动、曲线运动）研究物体间的相互作用力与运动万有引力定律及其应用力学动力学运动学静力学牛顿力学经典力学一、经典力学发展物理经典力学理论却是由西方世界于16世纪起建立和完善。哥白尼——创立日心说伽利略——发现惯性定律、落体定律和力学相对性原理。笛卡儿——比较完整的第一次表述了惯性定律。惠更斯——解决了完全弹性碰撞问题开普勒——发现了行星运动规律宏伟的经典力学大厦牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律万有引力定律牛顿:"如果说我看得远,那是因为我站在巨人们的肩上。《自然哲学的数学原理》太空海王星和冥王星的发现,说明了牛顿经典力学具有无比强大的威力,证明牛顿的经典力学大厦是非常完美!德国物理学家普朗克年轻时表示要献身理论物理学时,老师约利劝他:“年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会有多大的发展了,将一生献给这门学科,太可惜了.”1900年4月27日开尔文勋爵《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》力学理论断言,热和光都是运动的形式。但是现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽,显得黯然失色了!二、经典力学困境以太漂移实验黑体辐射“紫外灾难”光电效应1887年赫兹发现经典力学时空观（1）同时的绝对性（2）时间间隔的绝对性

（3）空间距离的绝对性

时间、长度和质量这三者都与运动无关。三、经典时空观及其局限性

（4）物体质量的绝对性

绝对时空观1.经典力学的应用受到物体速度的限制，只适用于处理物体的低速运动问题，而不能解决高速运动问题（接近光速）2.牛顿运动定律只适用于宏观物体的运动，不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象虽然在力学、光学、甚至数学很有成就,但当问题牛顿解释不了时,他就只好用上帝的万能来解释,为此牛顿花费了后半生的心血,这正是牛顿的悲剧。四、相对论及其时空观第一篇：关于光电效应的论文。第二、三篇：关于布朗运动的论文。第四篇：论文《论动体的电动力学》第五篇：论文《物体的惯性同它所含的能量有关系吗？》爱因斯坦1905年的五篇论文“利用别人的证据,构建自己的理论”2.人类和平利用—核电站1.军事利用—原子弹、氢弹(裂变、聚变）（铀235或钚239）狭义相对论时空观（爱因斯坦）（1）相对性原理。不同惯性参考系,一切物理规律相同。（2）光速不变原理。在任何惯性系,真空中的光速相同。几个推论:（1）同时的相对性。（2）运动的时钟变慢。（3）运动的尺子变短。（4）物体的质量随速度的增加而增大。

时间、长度和质量都与运动有关。基本假说

相对时空观光速的测定1607年伽利略1676年丹麦天文学家罗迈1926年美国物理学家迈克尔逊同时的相对性向右匀速运动钟慢效应证据一、高速运动的不稳定粒子的寿命变长(如μ子)。二、1972年、1975-1976年、1996年、2010年四次飞行原子钟的实验变慢

三、GPS系统:地面钟A的频率为10.23MHz，卫星钟B要调慢0.04567Hz”，才能实现“实时同步”双生子悖论1911年法国物理学家朗之万设想:一对双胞胎都20岁，一个留在地球上，一个乘坐火箭到太空旅行。火箭飞行速度接近光速v=0.9999c，当火箭人看自己的钟，飞行了1年后，地球人的时钟已经度过了约71年。双生子悖论广义相对论(1915年)广义相对论的引力场方程这个方程左边表示的是时空弯曲的情况,右边表达物质及其运动。爱因斯坦的引力场方程预言正在被逐步证实!北京时间2019年4月10日21时,人类首张黑洞照片面世,

该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播。它是一种看不到的波，传播速度几乎相当于光速。2015年9月14日探测到首个引力波信号！2016年6月16日凌晨，人类探测到的第二个引力波信号

。2017年10月16日，全球多国科学家宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。爱因斯坦成功的秘诀A=X+Y+Z课外作业1、阅读课本和网络查阅关注意的知识2、假期推荐电影《星际穿越》《流浪地球》3.假期看一本书《时间简史》1.(单选)关于经典力学和相对论,说法正确的是（）A.经典力学和相对论是各自独立的学说,互不相容B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C.相对论和经典力学是两种不同的学说,二者没有联系D.经典力学包含于相对论之中,经典力学是相对论特例2.(单选)下列说法不正确的是（）A.经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的B.相对论时空观认为物体的长度和质量会随着物体的速度不同而不同C.经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题,不适用于高速运动的问题D.当物体的运动速度远小于光速时,相对论和经典力学的结论仍有很大的区别3.牛顿定律能适用于下列哪些情况？A.研究原子中电子的运动B.研究“神舟”五号的高速发射C.研究地球绕太阳的运动D.研究飞机从深圳飞往北京的航线【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。【答案】BCD4.下面有关科学家和涉及的事实，正确的说法是A.哥白尼创立了日心说B.伽利略发现了行星运动规律C.惠更斯解决了弹性碰撞问题D.爱因斯坦提出了量子论AC5.一列火车以速度v相对地面运动.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和后壁，以下说法中正确的是（）A.火车上的人测得，闪光先到达前壁B.火车上的人测得，闪光先到达后壁C.火车上的人测得，闪光同时到达车厢的前壁和后壁D.条件不足，无法确定A