必修经典时空观与相对论时空观
高中物理必修二 第五章 第二节 相对论时空观
A.0.4c C.0.9c
B.0.5c
√D.c
根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到的真空中的光速c都一 样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为c， 选项D正确.
例2 假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身
材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是
(1)沿着运动方向上的长度变短了于运动方向不发生长度收缩效应现象.
例4 A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA＞vB，在地面上 的人观察到的结果正确的是 A.火箭A上的时钟走得最快
√B.地面上的时钟走得最快
C.火箭B上的时钟走得最快 D.火箭B上的时钟走得最慢
3.长度收缩：(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆 做 相对运动 而不同. (2)狭义相对论认为“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式为l′＝
l 1－vc2 ，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度 不变 .
4.牛顿力学时空观和相对论时空观的区别 牛顿力学认为时间和空间是 脱离 物质而存在的，时间和空间之间也是 没有 联系的.相对论则认为 有物质 才有时间和空间，时间和空间与 物质的运动状态 有关，因而时间与空间并不是 (填“是”或“不是”) 相对独立的，这在时间延缓效应和长度收缩效应中已体现出来.
本题中正立方体相对于另一坐标系以速度v运动，一条棱与运动方向
平行， 则坐标系中观察者测得该条棱的长度为 l＝l0
1－vc2
测得立方体的体积为 V＝l02l＝l03 1－vc2.
总
结
提 升
1.物体静止长度 l0 和运动长度 l 之间的关系为 l＝l0 1－vc22.
2.相对于地面以速度v运动的物体，从地面上看：
人教版高一物理必修第二册第五节相对论时空观与牛顿力学的局限性
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？
第五节 相对论时空观与牛顿力学局限性
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
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。
※经典力学与与运动速度※
人教版高一物理必修第二册第五节相 对论时 空观与 牛顿力 学的局 限性
二 相对论时空观
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．
人教版高一物理必修第二册第五节相 对论时 空观与 牛顿力 学的局 限性
四.经典力学的伟大成就
高中物理教学课件-选择性必修第二册《相对论时空观》
C
A. B. C. D.
例1.如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c解析：根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到真空中的光速c都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为1.0c，选项D正确。
从宏观到微观
19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。 20世纪20年代，普朗克建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
粒子性
干涉
衍射
波动性
适用：宏观物体，不适用于微观物体。
例5.(多选)以下说法正确的是( )A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论具有一定的局限性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变D．相对论和量子力学否定了经典力学理论
BC
例6.[湖北武汉2022高一下月考] 500米口径的中国天眼 是世界上已建成的最大的射电望远镜，可监测脉冲星，探测引力波的存在.而引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块“拼图”.关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法正确的是 ( )
3.几个效应
（1）时间延缓效应
如果相当于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，则
人教版高中物理必修第二册第七章第5节相对论时空观(新编)
L0为物体静止时的长度
绝对时空观（牛顿力学时空观） L L0 •
1
v c
2
只适用于弱引力，不适用于强引力
阅读教材，思考： 1.归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异。
2.当相对论和量子力学出现后，牛顿力学是否还有价值？它的适用条 件是什么？
课堂小结
第七章 第五节
相对论时空观与牛顿力学的局限性
超新星爆发的持续时间：
第七章 第五节
一、相对论时空观 相对论时空观与牛顿力学的局限性
经典力学的基础，在以后的二百多年里几乎统治了物理学的各个领域。
2.狭义相对论结论：
（1）时间延缓效应 t
t0
1
v c
2
t为物体静止的时间， t0是物体速度为v时的时间， c是真空中的光速
（2）长度收缩效应
L L0 •
1
Hale Waihona Puke v c2 L0为物体静止时的长度 L是物体速度为v时的长度 c是真空中的光速
二、牛顿力学的成就与局限性
问题1.
主要有哪些物理学 家作出了哪些突出 的贡献？
牛顿力学的局限性：
经经超典典新力 力 星学学爆的的发成基的就础持有，续哪在时些以间？后：的二百多年里几1乎统治了vc物理2 学的各个领域。
只适用于低速运动，不适用于高速运动
牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃。
二、牛顿力学的成就与局限性
超新星爆发的持续时间：
（2）时间间隔的绝对性
（1）时间延缓效应 绝对时空观（牛顿力学时空观）
由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。
相对论时空观与牛顿力学的局限性(课件)高一物理(人教版2019必修第二册)
一、经典时空观
1、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。
一、经典时空观 2、伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的。
一、经典时空观
经典时空观首先由牛顿明确提出，他在《自然哲学的数学 原理》一书中，对绝对时间和绝对空间做出了明确的表述， 因此又叫做牛顿时空观。
绝对时间，是永远均匀的流逝，与任何外界无关。 绝对空间，是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且 永远不变，这就是经典力学的时空观，也称绝对时空观。
一、经典时空观
主要结论
经典时空观
同时的绝对性 时间间隔的绝对不受物质或运动 主要内容 的影响。
长度收缩效应
2、长度收缩：
质速关系
经典时空观
相对论时空观
同时的绝对性
同时的相对性
时间间隔的绝对性 主要结论 空间距离的绝对性
运动的时钟变慢 运动的尺子变短
质量不变
质量随速度的增大而增大
主要内容
时间和空间彼此独立、互不 时间和空间相互关联，质量
关联，且不受物质或运动的 随物体的运动状态的改变而
影响。
大约是33微秒
二、从低速到高速
二、从低速到高速
爱因斯坦的狭义相对论原理 狭义：指参考系都是惯性参考系（静止或匀速）
1、在一切惯性系中，真空中的光速都具有相同的值c （光速不变原理）
2、在一切惯性系中，物理规律都是相同的。 （狭义相对性原理）
结论： 光速不变原理必然导致在相对论情况下同时性的相对性----在一个参考系 中的异地同时事件在另一个参考系中测量就不一定。
到了19世纪末，发现了 许多经典力学无法解释
的现象。
教科版(2019)高中物理必修第二册5-2相对论时空观简介 教案
相对论时空观简介【教学目标】1．了解相对论的诞生及发展历程。
2．理解狭义相对论中时间和空间的相对性。
3．了解广义相对性原理和等效原理。
4．初步认识狭义相对论和广义相对论的内容和基本原理。
【教学重难点】1．通过本节内容的学习，认识科学假设在科学发现上的重要作用，进一步理解逻辑推理的力量。
2．通过本节内容的学习，激发探索宇宙奥秘的兴趣，形成初步的相对论时空观。
【教学过程】一、导入新课请同学们回忆一下什么是惯性系？什么是非惯性系？举例说明。
牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车轮船等作为参考系就是惯性系。
牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。
例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立。
这里加速的车厢就是非惯性系。
师：很好，根据惯性系的概念，不难推出，相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系也是惯性系。
二、新课学习（一）相对论的诞生教师引导学生探究一个简单的力学问题：如图，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=0.5kg的小球，正随车厢一起以20m/s的速度匀速前进。
现在给小球一个水平向前的F=5N 的拉力作用，求经10s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？通过这个例子大家看到，在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个是10m/s,另一个是30m/s，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则，也就是说，我们相信：力学规律在任何惯性系中都是相同的。
这就是伽利略相对性原理。
在一个惯性参考系内的任何力学实验都无法判断这个参考系是否相对于另一个参考系做匀速运动或者说任何参考系都是平权的。
（教师还可引导学生举例说明相对性原理，并进行讨论）教师引导学生读下图，考虑几个问题：（1）参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？（2）参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？（3）参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？小结：不论光源和观察者怎样运动，光速都是相同的。
高中物理第五章经典力学与物理学的革命第2节经典时空观与相对论时空观教案2
第2节经典时空观与相对论时空观新课教学：一．经典时空观从参考系的概念引入经典时空观，是为了介绍牛顿引入经典时空观的理论出发点，使学生领会经典时空观是经典力学的理论基础。
[讨论与交流]在匀速前进的车厢中的自由落体，相对于车厢中静止的观察者做竖直向下初速度为零的匀加速直线运动，相对于地面上静止的观察者做平抛运动。
[讨论与交流](1)我们所说的匀速运动实际上是以地面为参考系，物体不受外力或者所受合外力为零时的惯性运动。
(2)一个物体的运动对两个相互做匀速直线运动的惯性系来说，速度、加速度以及所遵循的力学规律都是相同的。
了解牛顿引入绝对时空观的缘由，教学中要注意理清以下思路：经典力学是讨论物体的运动状态及其改变的，而所有的运动都是在一定的时间、空间中进行的，机械运动是物体的位置移动，位置涉及空间概念，移动涉及速度，涉及时间概念，所以牛顿力学必定与一定的时空观相联系。
机械运动的描述离不开参考系，然而牛顿定律并不适用于所有的参考系(后人把牛顿定律适用的参考系叫做惯性参考系)，但是经典力学的理论框架本身并不能能明确给出什么是惯性参考系，牛顿的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间，用以判断各物体足处于静止、匀速运动还是加速运动状态．参见课程资源——《牛顿对绝对空间的设想》。
对绝对时空观及其三个推论的教学建议采用举例和联想、比喻的方式，使学生结合生活经验了解和领会。
牛顿认为，宇宙本身结构是不会变的，他称这结构为绝对空间．我们打个比方，把“空间”设想成物体做机械运动的舞台和背景，在日常生活中我们有这样的经验：在一个箱子中可以放进一定数量的东西，这是箱子的一种性质，可以叫做箱子的容积，也就是箱子的空间．这个容积大小或空间大小是与箱子里放什么东西(以及放不放东西)没有关系的．在卖箱子的商店里，总是要标出26×26×10等等尺寸，之所以能这样标出，就是以容积是箱子的不受“外在的情况”影响的本性这一点为依据的．进一步，我们设想箱子无限地扩大，这就得到了一个与任何特殊的物质无关的、绝对的空间．它就是牛顿的绝对空间。
经典力学和狭义相对论的时空观
经典力学和狭义相对论的时空观经典力学和狭义相对论是两个重要的物理学理论，它们都对时空观有着自己的理解。
下面将分别从经典力学和狭义相对论两个方面来探讨时空观。
经典力学的时空观：经典力学是牛顿于17世纪提出的一种物理学理论，它认为时间和空间是绝对不变的，即时间和空间是独立于物体和观察者的。
在经典力学中，时间被视为一个普遍可用的全局参考系，所有运动都可以在这个参考系下描述。
另外，在经典力学中，物体的质量、速度、加速度等物理量都是绝对不变的。
此外，在经典力学中还有一个重要概念——惯性参考系。
惯性参考系是一个相对于其他参考系静止或做匀速直线运动的参考系，在这个参考系下牛顿第一定律（惯性定律）成立。
这意味着如果一个物体在惯性参考系内静止或做匀速直线运动，则它会保持这种状态直到受到外部作用力而改变状态。
总之，在经典力学中，时空观是绝对的，时间和空间是独立于物体和观察者的，惯性参考系是一个非常重要的概念。
狭义相对论的时空观：与经典力学不同，狭义相对论是爱因斯坦于20世纪初提出的一种物理学理论。
它认为时间和空间是相互关联的，即时间和空间不是绝对不变的，而是依赖于物体和观察者。
在狭义相对论中，时间和空间被视为一个整体——时空。
具体来说，在狭义相对论中有两个重要概念：光速不变原理和相对性原理。
光速不变原理指出，在任何参考系下，光速都保持恒定。
这意味着如果两个事件在一个参考系内同时发生，则在另一个参考系内它们可能会发生在不同时刻；如果两个事件在一个参考系内处于同一位置，则在另一个参考系内它们可能会处于不同位置。
相对性原理指出，在所有惯性参考系中物理规律都应该保持不变。
这意味着如果两个惯性参考系以匀速运动，则它们之间不存在任何实验能够检测到的差异。
这也是狭义相对论中的相对性原理。
总之，在狭义相对论中，时空观是相对的，时间和空间是依赖于物体和观察者的，光速不变原理和相对性原理是两个非常重要的概念。
结论：经典力学和狭义相对论都有自己的时空观。
物理人教版(2019)必修第二册7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性(共28张ppt)
(2)牛顿力学的局限性：牛顿力学对于 高速运动的物体和电 子、质子、中子等微观粒子是不适用的。
(3)量子力学的建立能够很好地描述 微观粒子 运动的规律， 并在现代科学技术中发挥了重要作用。
(4)相对论与量子力学都没有 否定 过去的科学，而只认为过 去的科学是自己在一定条件下的 特殊 情形。
经典力学与相对论、量子力学的比较
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
第 5 节 相对论时空观与牛顿力学的局限性
课标要求 1．知道什么是绝对时空观和相对论时空观。 2．知道爱因斯坦的两个假设。 3．知道时间延缓效应和长度收缩效应。 4．了解牛顿力学的局限性和适用范围。
从文艺复兴开始的近代科学革命，经过伽利略、第谷、开普 勒等人的工作，科学取得很大进步，这种发展到牛顿那里 达到顶峰.
答案：A
【基础练习】
• 1、物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产 的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是( )
A.牛顿发现了万有引力定律 B.牛顿通过实验证实了万存引力定律 C.相对论的创立表明经典力学已不再适用 D.爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推广到高速领域
2．相对性原理 (1)根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系 中都是一个常量。 (2)迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的 相对运动，光速都是相同的。
3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设 (1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。 (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。 4．长度的相对性——“动尺变短” 狭义相对论中的长度公式：l＝l0 1－vc2中，l0 是相对于 杆静止的观察者测出的杆的长度，而 l 可以认为是杆沿自己的长 度方向以速度 v 运动时，静止的观察者测量的长度。
高中物理鲁科版2019必修第二册第2节 相对论中的神奇时空
l' 1 2
l' l
1
v2 c2
l l'
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。
讨论 （1） l l ' 原长最长
（2）尺缩效应只在相对运动方向上发生；
（3）相对效应
K'
在K中的
观察者
K
o
l0
B
在K'中的
物质运动三者没有联系。
相对论时空观： a.时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质 运动是不可分割的。
b.不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现
对方的钟走慢了。
c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现 对方的“尺”缩短了。
d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体 的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同， 而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。
三.质能关系
在பைடு நூலகம்典力学中质量是不变的， 和物体的运动无关， 在相对论中质量是否也是不变的呢？
m(v) m0
1 v2 c2
m(v)
m0——物体的静止质量。
m(v)——相对于观察者以 速度v运动时的质量。 相对论质量
m0
vc
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
上式给出了一个物体的相对论质量和它的速率的关系。
二.长度收缩效应
K K'
对运动长度的测量问题 怎么测？同时测
将杆固定在x轴上。
v
x '1
x '2
K系中杆的长度是：
x1
x2
l x2 x1 在K'系中杆的长度为： l ' x2' x1'