7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 2021-2022学年高一物理人教版2019必修第二册(共21张PPT)
文档属性
| 名称 | 7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 2021-2022学年高一物理人教版2019必修第二册(共21张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 12.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-18 21:00:50 | ||
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文档简介
(共21张PPT)
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
人教版（2019）普通高中物理必修第二册同步教学课件
第七章·万有引力定律与航天
目录
1
牛顿力学时空观
2
相对论时空观
3
牛顿力学的成就与局限性
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
通过前面的学习，我们知道从天体的运动到地面上的各种物体的运动，从大气的流动到地壳的变动，所有这些都服从经典力学规律。那么，是不是任何情境下都遵从经典力学的规律呢？
知识点一：牛顿力学时空观
在牛顿力学时空观里，时间像一条看不见的“长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。所以不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的。
1、牛顿力学时空观
时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
知识点一：牛顿力学时空观
思考1：若河中的水以相对于岸的速度 v水岸 流动，河中的船以相对于水的速度 v船水 顺流而下，则船相对于岸的速度v船岸如何表示？
v船岸 ＝ v船水 ＋ v水岸
思考2：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否为1.2c？
知识点一：牛顿力学时空观
问题的答案似乎应为 1.2c，然而，事实并非如此！因为经典力学不再适用。经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，要解决这一问题就需要用到相对论时空观。
知识点二：相对论时空观
1.牛顿力学与电磁波理论遇到了怎样的矛盾和冲突
按照绝对时空观,光的传播速度与参考系的选取有关,而实验测得光的传播速度与参考系的选取无关,二者有矛盾.
2.爱因斯坦的假设
(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.
知识点二：相对论时空观
3.时间间隔的相对性
(1)时间延缓效应:在相对运动的参考系中观测事件变化过程的时间间隔变大了。
(2)时间变换公式:
知识点二：相对论时空观
4.长度的相对性
（1）长度收缩效应:一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度变小。
（2）长度变换公式:
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
经典力学的发展过程
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
笛卡尔、胡克、哈雷等
如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。
——牛顿
开普勒
牛顿
经典力学金字塔的建立
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
亚里士多德：经验主义：
必须有力作用在物体上物体才能运动
伽利略：理想实验（斜面）：
物体保持运动不需要力维持
笛卡尔：如果运动中物体没受到力，
将以同一速度沿以直线运动。
牛顿：牛顿定律（惯性定律，
加速度定律，作用反作用定律）
牛顿运动定律
经典力学的发展过程
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
牛顿解决椭圆并延伸到万物间有力
哥白尼：日心说
第谷：20年精心观测数据
开普勒研究第谷数据得三个定律
胡克、哈雷进一步认识
万有引力定律
经典力学的发展过程
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
经典时空观 狭义相对论时空观
光速
同时
时间与空间
质量
相对的
绝对的（不变）
绝对的
与运动无关，绝对的
与运动无关，不变的
相对的
与运动有关，相对的
随速度增大而增大
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
1.牛顿力学的成就：
牛顿力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律的建立与应用更是确定了人们对牛顿力学的尊敬.在宏观物体做低速运动的广阔领域,牛顿力学与实际相符合,显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力.
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
2.牛顿力学的局限性:
(1)微观世界:电子、质子、中子等微观粒子,发现它们不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。
(2)牛顿力学只适用于低速运动,不适用于高速运动。
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
3.相对论和量子力学与牛顿力学的关系：
当物体的运动速度远小于光速c时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别;当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区别.相对论和量子力学都没有否定牛顿力学,只是认为牛顿力学是在一定条件下的特殊情形.
经典力学
弱引力
低速
宏观
强引力
高速
微观
广义相对论
狭义相对论
量子力学
相对论、量子力学和经典力学的关系：
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
经典力学的适用范围
例1.爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首先提出狭义相对论。根据狭义相对论，下列说法正确的是（ ）
A．真空中的光速在不同惯性参考系中是不相同的
B．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变短
C．质量的测量结果与物体相对观察者的相对运动状态无关
D．狭义相对论彻底推翻了牛顿的经典物理学
B
例2．关于相对论时空观与牛顿力学，下列说法正确的是（ ）
A．大到天体，小到微观粒子，牛顿力学均适用
B．相对论与量子力学的出现，否定了牛顿力学的成就
C．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
D．当物体的速度远小于光速时，相对论和牛顿力学仍有很大的区别
C
例3．用相对论时空观的观点判断，下列说法正确的是（ ）
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员看到的时钟却是准确的
C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄
D．当物体运动的速度v<BCD
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7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
人教版（2019）普通高中物理必修第二册同步教学课件
第七章·万有引力定律与航天
目录
1
牛顿力学时空观
2
相对论时空观
3
牛顿力学的成就与局限性
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
通过前面的学习，我们知道从天体的运动到地面上的各种物体的运动，从大气的流动到地壳的变动，所有这些都服从经典力学规律。那么，是不是任何情境下都遵从经典力学的规律呢？
知识点一：牛顿力学时空观
在牛顿力学时空观里，时间像一条看不见的“长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。所以不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的。
1、牛顿力学时空观
时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
知识点一：牛顿力学时空观
思考1：若河中的水以相对于岸的速度 v水岸 流动，河中的船以相对于水的速度 v船水 顺流而下，则船相对于岸的速度v船岸如何表示？
v船岸 ＝ v船水 ＋ v水岸
思考2：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否为1.2c？
知识点一：牛顿力学时空观
问题的答案似乎应为 1.2c，然而，事实并非如此！因为经典力学不再适用。经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，要解决这一问题就需要用到相对论时空观。
知识点二：相对论时空观
1.牛顿力学与电磁波理论遇到了怎样的矛盾和冲突
按照绝对时空观,光的传播速度与参考系的选取有关,而实验测得光的传播速度与参考系的选取无关,二者有矛盾.
2.爱因斯坦的假设
(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.
知识点二：相对论时空观
3.时间间隔的相对性
(1)时间延缓效应:在相对运动的参考系中观测事件变化过程的时间间隔变大了。
(2)时间变换公式:
知识点二：相对论时空观
4.长度的相对性
（1）长度收缩效应:一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度变小。
（2）长度变换公式:
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
经典力学的发展过程
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
笛卡尔、胡克、哈雷等
如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。
——牛顿
开普勒
牛顿
经典力学金字塔的建立
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
亚里士多德：经验主义：
必须有力作用在物体上物体才能运动
伽利略：理想实验（斜面）：
物体保持运动不需要力维持
笛卡尔：如果运动中物体没受到力，
将以同一速度沿以直线运动。
牛顿：牛顿定律（惯性定律，
加速度定律，作用反作用定律）
牛顿运动定律
经典力学的发展过程
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
牛顿解决椭圆并延伸到万物间有力
哥白尼：日心说
第谷：20年精心观测数据
开普勒研究第谷数据得三个定律
胡克、哈雷进一步认识
万有引力定律
经典力学的发展过程
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
经典时空观 狭义相对论时空观
光速
同时
时间与空间
质量
相对的
绝对的（不变）
绝对的
与运动无关，绝对的
与运动无关，不变的
相对的
与运动有关，相对的
随速度增大而增大
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
1.牛顿力学的成就：
牛顿力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律的建立与应用更是确定了人们对牛顿力学的尊敬.在宏观物体做低速运动的广阔领域,牛顿力学与实际相符合,显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力.
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
2.牛顿力学的局限性:
(1)微观世界:电子、质子、中子等微观粒子,发现它们不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。
(2)牛顿力学只适用于低速运动,不适用于高速运动。
知识点三：牛顿力学的成就与局限性
3.相对论和量子力学与牛顿力学的关系：
当物体的运动速度远小于光速c时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别;当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区别.相对论和量子力学都没有否定牛顿力学,只是认为牛顿力学是在一定条件下的特殊情形.
经典力学
弱引力
低速
宏观
强引力
高速
微观
广义相对论
狭义相对论
量子力学
相对论、量子力学和经典力学的关系：
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
经典力学的适用范围
例1.爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首先提出狭义相对论。根据狭义相对论，下列说法正确的是（ ）
A．真空中的光速在不同惯性参考系中是不相同的
B．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变短
C．质量的测量结果与物体相对观察者的相对运动状态无关
D．狭义相对论彻底推翻了牛顿的经典物理学
B
例2．关于相对论时空观与牛顿力学，下列说法正确的是（ ）
A．大到天体，小到微观粒子，牛顿力学均适用
B．相对论与量子力学的出现，否定了牛顿力学的成就
C．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
D．当物体的速度远小于光速时，相对论和牛顿力学仍有很大的区别
C
例3．用相对论时空观的观点判断，下列说法正确的是（ ）
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员看到的时钟却是准确的
C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄
D．当物体运动的速度v<
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