《相对论时空观与牛顿力学的局限性》上课课件高中物理 人教版

※经典力学与与运动速度※
※牛顿运动定律与参考系※ 惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。 ①所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。 ②所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。
【例题】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“神州”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
第五节 相对论时空观
有关相对性的思考？
一群大学生说说笑笑，跑来问爱因斯坦，什 么叫相对论．他回答说：“你坐在一个漂亮姑娘 旁边，坐了两小时，觉得只过了一分钟；如果你 紧挨着一个火炉，只坐了一分钟，却觉得象过了 两个小时．这就是相对论．”
一 经典时空观 不同的参考系中观察物体的运动情况可能不
同，物体在空间移动这一概念也是相对的．
在不同参 考系中观 察物体的 运动情况
一 经典时空观
光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间 似乎产生了矛盾？
但是实验现象表明，不论光源和观察 者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．
v
光速＝ c
光速＝ cv
一 经典时空观
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。
二 相对论时空观
【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。
【答案】BCD
【例题】两台升降机甲、乙同时自由下落甲上的人看到乙是 静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没有改变， 但是乙确实受到向下的地球引力。根据牛顿定律，受到外力 作用的物体，其运动状态一定会改变，这不是有矛盾吗？你 是如何理解的？
【提示】牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。
狭义相对论的两个假设
上述的矛盾使我们面临两个选择，要么放弃 麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存 在．爱因斯坦选择了后者．并提出了两个假设：
真空中的光速在不同的惯 性参考系中都是相同的
光速不变原理
在不同的惯性参考系中， 一切物理规律都是相同的
爱因斯坦的 相对性原理
二 相对论时空观 1。同时的相对性
【答案】不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。
P115 3 4 5
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1.因为种群是由许多个体组成的，每 个个体 的细胞 中都有 成千上 万个基 因，这 样，每 一代就 会产生 大量的 突变。
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2.有翅的昆虫有时会出现残翅和无翅 的突变 类型， 这类昆 虫在正 常情况 下很难 生存下 去。
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3.但是在经常刮大风的海岛上，这类 昆虫却 因为不 能飞行 而避免 了被海 风吹到 海里淹 死。
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。
五.经典力学的局限性和适用范围
⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（v <<c） ⑵经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象 ⑶经典力学规律只在惯性参考系中成立 ——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情形， 且只在惯性参考系中成立。
牛顿之后。经典力学又有新的发展，这一阶段主要是后人 对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。
四.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；
时空相对性的实验验证
1966年用μ子作了一个类似于双生 子旅游的实验，让μ子沿一直径为14 米的圆环运动再回到出发点，实验 结果表明运动的μ子的确比静止的μ 子寿命更长。
三.经典力学的发展历程
收集整理经典力学发展过程中重大成就事件，并按时间顺序由 远及近排列，你是否发现取得重大成就的时间间隔越来越短？这 说明了什么？
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4.当一个线圈中的电流变化时，它产 生的变 化的磁 场不仅 在邻近 的电路 中激发 出感应电动势，同样也在它本身激 发出感 应电动 势。 这种现象称为自感 ，由于自感而产生的感应电动势叫,能 用盖斯 定律进 行有关 反应热 的简单 计算,培 养宏观 辨识与 微观探 析的核 心素养 。
二 相对论时空观 2。运动的时钟变慢
二 相对论时空观
c t
2 h
v t
2
对于车厢内的人： t 2h c
对于车厢外的人： t
4h2 c2 v2
t t 1 v 2 c
二 相对论时空观 3。运动的尺子变短
二 相对论时空观
l
v
l
车厢运行速度240000km/s
车上的人看到的车厢的长度： l 车外的人看到的车厢的长度： l
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入， 人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电 磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁 场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了 相对论的出现．
相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循 的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识， 它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座 重要的里程碑．
l l 1 v 2 c
二 相对论时空观 4。物体质量随速度的增加而增大
时空相对性的实验验证
根据相对论， 时间在运动中会进 行的比较缓慢，也 就是说，在空间中 高速移动的时钟， 比固定于地面上的 时钟走得慢．
1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞 行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的 很好．这是相对论的第一次宏观验证．
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6.通过学会有关反应热计算的方法技 巧,进一 步提高 化学计 算的能 力。
请分析比较下列科学家对经典力学的贡献
经典力学发展的三个阶段
第一阶段： 伽利略、牛顿时代之前。人们对力学现象的研究大多直接
反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还 没有成为独立的科学。这个阶段对力学作出突出贡献的是阿基 米德。 第二阶段：
从伽利略到牛顿。是经典力学从基本要领、基本定律到建 成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学 打下重要基础。 第三阶段：