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20张ppt）
文档属性
| 名称 | 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20张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-27 22:20:33 | ||
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文档简介
(共20张PPT)
7.5 相对论时空观与牛顿力学的极限性
第七章 万有引力与宇宙航行
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？
17 世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 。
经典力学的发展过程
经典力学
力
动量
能量
生物力学
热弹性力学
磁流体力学
化学流体动力学
等离子体动力学
地质力学
天体力学
塑性力学
流体力学
弹性力学
刚体力学
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
经典力学金字塔的建立
开普勒
牛顿
经典力学的发展过程
牛顿力学的时空观
1
时间均匀地自行流逝，空间像广阔无边的房间，时间和空间彼此独立、互不关联，都不影响物质及其运动.时间和空间独立与物体及其运动而存在的.这是绝对时空观，也叫牛顿力学时空观.
相对论的时空观
2
1865年麦克斯韦预言了电磁波的存在.，并证明电磁波的传播速度等于光速c.
1887年的迈克耳孙－莫雷实验以及其它有些实验表明：在不同参考系中，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符。
到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难。在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论。
相对论的时空观
2
(1) 相对性原理：不同惯性参考系，物理规律相同.因此各个惯性系中都是等价的.
（2）光速不变原理：所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c .
狭义相对论的基本假设
相对论的时空观
2
（1）同时是相对的
在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设，我们会得出“同时是相对的”这样一个结论.
狭义相对论的时空观
v
车上的人看到的车厢的长度：
车外的人看到的车厢的长度：
（2）运动的杆缩短
结论： 一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比、杆静止时的长度小.
相对论的时空观
2
狭义相对论的时空观
结论：火车上的时间进程变慢了，这是时间间隔
的相对性，称为“时间延缓效应”.
(3)运动的时钟变慢
a图以车上的人作为参考系△t＇
b图以站台上的人作为参考系△t
相对论的时空观
2
狭义相对论的时空观
相对论的时空观
2
但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<1971年铯原子钟实验
将铯原子钟放在飞机上，沿赤道向东和向西绕地球一周，回到原处后，分别比静止在地面上的钟慢59纳秒和快273纳秒.
实验验证
相对论的时空观
2
相对质量
在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大
m0为物体静止时的质量
m是物体速度为v时的长度
c是真空中的光速
——动质量增大
运动质量
3
质量随速度增大而增大
运动质量
3
经典力学的巨大成就
4
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.
(1) 实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合.
(2) 确定了自然科学应有的基本特征.
(3) 将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支，形成了完整的经典力学体系.
经典力学的局限性
5
当物体的速度远小于光速时，牛顿力学完全适用.当物体的速度接近光速时，牛顿力学就不适用了.
(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动；
(2)只适用于宏观世界，不适用于微观世界.
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，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.
经典力学的局限性
5
历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的局部情形，被包括在新的科学成就之中．
高速运动（速度接近真空中的光速），需应用爱因斯坦的狭义相对论.
当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。
微观世界，需要应用量子力学.
当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别.
相对论和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．
答案:ABC
1.(多选)牛顿力学规律适用于( )
A.子弹的飞行 B.飞船绕地球的运行
C.列车的运行 D.接近光速的粒子的运动
试一试
6
答案:D
2.A、B、C是三个完全相同的时钟,A放在地面上,B、C分别放在两个火箭上,以速度vB和vC朝同一方向飞行,
vB>vC.在地面上的人看来,关于时钟走的快慢的说法正确的是( )
A.B钟走得最快,C钟走得最慢
B.A钟走得最快,C钟走得最慢
C.C钟走得最快,B钟走得最慢
D.A钟走得最快,B钟走得最慢
试一试
6
7.5 相对论时空观与牛顿力学的极限性
第七章 万有引力与宇宙航行
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？
17 世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 。
经典力学的发展过程
经典力学
力
动量
能量
生物力学
热弹性力学
磁流体力学
化学流体动力学
等离子体动力学
地质力学
天体力学
塑性力学
流体力学
弹性力学
刚体力学
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
经典力学金字塔的建立
开普勒
牛顿
经典力学的发展过程
牛顿力学的时空观
1
时间均匀地自行流逝，空间像广阔无边的房间，时间和空间彼此独立、互不关联，都不影响物质及其运动.时间和空间独立与物体及其运动而存在的.这是绝对时空观，也叫牛顿力学时空观.
相对论的时空观
2
1865年麦克斯韦预言了电磁波的存在.，并证明电磁波的传播速度等于光速c.
1887年的迈克耳孙－莫雷实验以及其它有些实验表明：在不同参考系中，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符。
到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难。在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论。
相对论的时空观
2
(1) 相对性原理：不同惯性参考系，物理规律相同.因此各个惯性系中都是等价的.
（2）光速不变原理：所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c .
狭义相对论的基本假设
相对论的时空观
2
（1）同时是相对的
在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设，我们会得出“同时是相对的”这样一个结论.
狭义相对论的时空观
v
车上的人看到的车厢的长度：
车外的人看到的车厢的长度：
（2）运动的杆缩短
结论： 一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比、杆静止时的长度小.
相对论的时空观
2
狭义相对论的时空观
结论：火车上的时间进程变慢了，这是时间间隔
的相对性，称为“时间延缓效应”.
(3)运动的时钟变慢
a图以车上的人作为参考系△t＇
b图以站台上的人作为参考系△t
相对论的时空观
2
狭义相对论的时空观
相对论的时空观
2
但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<
将铯原子钟放在飞机上，沿赤道向东和向西绕地球一周，回到原处后，分别比静止在地面上的钟慢59纳秒和快273纳秒.
实验验证
相对论的时空观
2
相对质量
在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大
m0为物体静止时的质量
m是物体速度为v时的长度
c是真空中的光速
——动质量增大
运动质量
3
质量随速度增大而增大
运动质量
3
经典力学的巨大成就
4
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.
(1) 实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合.
(2) 确定了自然科学应有的基本特征.
(3) 将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支，形成了完整的经典力学体系.
经典力学的局限性
5
当物体的速度远小于光速时，牛顿力学完全适用.当物体的速度接近光速时，牛顿力学就不适用了.
(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动；
(2)只适用于宏观世界，不适用于微观世界.
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，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.
经典力学的局限性
5
历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的局部情形，被包括在新的科学成就之中．
高速运动（速度接近真空中的光速），需应用爱因斯坦的狭义相对论.
当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。
微观世界，需要应用量子力学.
当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别.
相对论和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．
答案:ABC
1.(多选)牛顿力学规律适用于( )
A.子弹的飞行 B.飞船绕地球的运行
C.列车的运行 D.接近光速的粒子的运动
试一试
6
答案:D
2.A、B、C是三个完全相同的时钟,A放在地面上,B、C分别放在两个火箭上,以速度vB和vC朝同一方向飞行,
vB>vC.在地面上的人看来,关于时钟走的快慢的说法正确的是( )
A.B钟走得最快,C钟走得最慢
B.A钟走得最快,C钟走得最慢
C.C钟走得最快,B钟走得最慢
D.A钟走得最快,B钟走得最慢
试一试
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