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 课件（共38张ppt）

(共38张PPT)
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
物理观念 理解狭义相对论的两个基本假设；知道时间延缓效应和长度缩短效应；认识经典力学的局限性和适用范围
科学思维 了解经典力学与相对论力学、量子力学，体会探究精神
科学探究 通过了解时间延缓效应和长度收缩效应，解决相对论相关问题
科学态度与责任 了解狭义相对论的两个基本假设，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感
核心素养
19世纪作家查里斯·兰姆写的：“世间万物没有任何东西像时间和空间那么使我困惑，然而没有任何东西比时间和空间更少使我烦恼，因为我从不想起它们。”的确，我们中的大多数人几乎从来不去细想我们每天的时空观念。可是“时空是何物？时间和空间是否存在于我们的知觉之外？时间和宇宙有开端吗？它们会结束吗？”这些问题的答案是什么呢？
新课导入
一、相对论时空观
低速和高速是相对于光速而言的，常见物体的运动速度都为低速
从枪口飞出的子弹
人造卫星
对于低速运动的物体，经典力学完全适用,经验和理论符合的很好.
问题1：如何计算船相对于岸的速度？
v船岸=v船水+v水岸
问题2：船上时钟测得时间t船，岸上的人测得时间为t岸。二者相等吗？
v水岸
v船水
t船= t岸
“绝对的、真实的和数学的时间，按其固有的特性而均匀地流逝，与一切外在事物无关，又名绵延；相对的、表观的和通常的时间，是可感知和外在的对运动之延续之度量，它常常用来代替真实的时间,如一小时，一天，一个月，一年。”
“绝对空间：其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构，或是绝对空间的量度，我们通过它与物体的相对位置感知它.……”
19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言电磁波的存在，后被德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹于1888年证实.
理论预言电磁波在真空中的传播速率均为c.关于电磁波速率的参考系问题引发争论，一种观点认为电磁波速率是相对于以太而言的。
美国科学家迈克尔孙和莫雷通过实验证明电磁波相对于以太的速率为c的假设是错误的.实验发现：在不同的惯性系中，光的传播速度相同.
1
1 2
2
l
O l
半透镜
M2
M1
以太风
S*
爱因斯坦提出：
(1)狭义相对性原理
一切物理规律在任何惯性系中具有相同形式.
(2)光速不变原理
真空中的光速在不同的惯性参考系中大小相同.
同时的相对性
火车系：光同时到达前璧和后壁.
地面系：光先到达后壁，后到达前壁.
时间延缓效应
v
S'
S
钟静止在S'系钟，钟表经过的时间为 τ。
在S系中，测得的时间为
长度收缩效应直尺静止在S'中，长度为l0.S系中的观察者测得直尺长度为,vS'S二、牛顿力学的成就与局限性
根据经典力学,行星轨道是闭合的椭圆.
天文观测发现,内行星的轨道不是闭合椭圆,近日点不断进动.尤其以水星最为明显,每百年43″的进动利用经典理论无法解释.
水星的公转轨道在不断旋进
广义相对论
物质告诉时空如何弯曲，
时空告诉物质如何运动.——惠勒
1919年5月29日日食期间，英国皇家学会和皇家天文学会组织的两只远征队分别由爱丁顿和克罗姆林领导，赶赴巴西和西非，利用日全食的机会首次观测光线偏折效应，观测结果与广义相对论的预言一致.
地球
太阳
恒星
恒星表观位置
1900年，能量子E=nhv n=1、2…
普朗克(1858-1947)
1905，光子概念 E=hv v为光的频率，成功解释光电效应
粒子不再有确定的位置，只能预测粒子在空间出现的概率.
波粒二象性:微观粒子既可以看做点状粒子，也可以看做波.两种描述是互补的.
能量量子化:粒子的能量取一系列分立的值，是某个最小能量单位的整数倍
1.牛顿力学的成就:从地面上物体的运动到天体的运动,
都服从_________的规律。
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_____运动,不适用于_____运动。
牛顿力学
低速
高速
长度的收缩效应
1.物体速度较低时,相对论长度近似等于静止长度。
2.物体速度较高时,其相对论长度l= 。
典例试做
本课小结