课件16张PPT。5.相对论时空观与牛顿力学的局限性一、相对论时空观
【思考】
一架飞机在上海杨浦大桥上空匀速飞过,飞机飞行方向与大桥平行,问飞机上的乘客看到的大桥长度与静止观察时相比有什么变化?
提示:变短了。 1.爱因斯坦两个假设:
(1)在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是_____
的;
(2)真空中的光速在不同的参考系中大小都是_____的。相同相同2.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Δt=____________。由于1-( )2<1,所以总有Δt>Δτ,此种情况称为时
间延缓效应。3.长度收缩效应:
如果与杆相对静止的人测得杆长是l0,沿着杆的方向,
以v相对杆运动的人测得杆长是l,则l=_________。
由于1-( )2<1,所以总有l效应。二、牛顿力学的成就与局限性
【思考】
能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗?
提示:不能。 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= 。【典例示范】
地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以
30 km/s的速度掠过,则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少?如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少? 【解析】当火箭速度较低时,火箭上的人看到铁路的长
度基本不变,还是100 km。
当火箭的速度达到0.6c时,由相对论长度公式
l=
代入相应的数据得:
l=100× km=80 km。
答案:100 km 80 km【拓展例题】考查内容:光速不变原理的理解
【典例示范】科学家预言,在遥远的将来,离子推进发动机驱动的宇宙飞船很可能会用于宇宙航行,这种飞船能以接近光速飞行。设想在以0.9c飞行的飞船上打开一个光源,则下列说法正确的是 ( ) A.飞船正前方的观察者看到的光速为1.9c
B.飞船正后方的观察者看到的光速为0.1c
C.在垂直飞船前进方向上的观察者看到的光速是
D.在任何地方的观察者看到的光速都是c【正确解答】选D。根据光速不变原理知,在任何惯性系中测得的真空中的光速都相同,都为c,故D正确。【课堂回眸】温馨提示：
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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】选D。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。
2.(多选)牛顿的经典力学能很好地解释下列哪些现象 ( )
A.高速公路上行驶的汽车 B.空气中下落的雨滴
C.原子核外电子绕核的转动 D.空气中漂浮的肥皂泡
【解析】选A、B、D。经典力学只适用于低速运动,不适用于高速运动;只适用于宏观世界,不适用于微观世界。高速公路上行驶的汽车、空气中下落的雨滴、空气中漂浮的肥皂泡都属于宏观、低速范畴,经典力学适用;原子核外电子绕核的转动属于微观现象,经典力学不适用。
3.惯性系S中有一边长为l的正方形,从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是 ( )
【解析】选C。根据相对论的尺缩效应,可知沿速度方向(即x方向)的长度变短了,而垂直于速度方向(即y方向)的长度不变,故C正确。
情境: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。
问题:若vB【解析】地面上的观察者认为C钟走得最慢,因为它相对于观察者的速度最大。根据公式Δt=可知,相对于观察者的速度v越大,其上的时间进程越慢。A钟v=0,它记录的两事件的时间间隔最大,即A钟走得最快。
答案:地面上的观察者认为C钟走得最慢,A钟走得最快。
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