相对论时空观与牛顿力学的局限性课件-高一下学期物理人教版

问题：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？新课导入7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性[物理观念]地球绕太阳公转的速度约为3×104m/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0.999999999987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.[答案]不相同.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=3×108m/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：学习任务一

相对论时空观1.时间延缓效应

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？同时测将杆固定在x轴上。在K'系中杆的长度为：K系中杆的长度是：利用洛仑兹变换式有：2.长度收缩效应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；原长最长（1）讨论在K中的观察者在K'中的观察者

（3）相对效应学习任务一例1(多选)一枚火箭静止于地面时长为30m,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30mB.若v=0.5c,则地面上的观察者测得火箭的长度仍为30mC.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AD学习任务一

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——牛顿经典力学的局限性高速世界（接近光速）随着物体运动速度的加快，时间会变慢。以接近光速运行的火箭的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。物体的质量随速度的增大而增大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学习任务二

A[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.学习任务二牛顿力学与相对论、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.学习任务二牛顿力学与相对论、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相对论时空观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时间延缓效应：长度收缩效应：课堂小结课后习题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？

课后习题2.以约8km/s的速度运行的