7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件— 2020-2021学年【新教材】人教版(2019)高中物理必修二20张PPT

(共20张PPT)
横县百合完全中学——韦衍虎
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
问题导入
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？
v=0.2c
光速=c
所以时间就是表示一个变化的过程。
1.河水、树木，这是个事件还是个事物？
2.河水在流动，树木在生长呢？
什么是时间？
事物
事件
绝对时空观：
3.如果没有了时间，水还流动吗，树木还在生长吗？
4.要是没有空间树木往哪里长，水往哪里流呢？
时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。
我们知道，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为
v船岸=v船水+v水岸
根据上式前面问题，则有：
v光观=v光船+v船观
v光船=c
v船观=0.2c
v光观=1.2c
事实并非如此！
一、相对论时空观
麦克斯韦
麦克斯韦电磁场理论的建立
电磁波的传播速度等于光速
c
这个速度是相对哪个参考系而言的？
迈克耳孙一莫雷实验
在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中不同参考系之问的速度变换关系不符。
爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参号系中大小都是相同的。
光速不变原理
车上的观察者
地面的观察者
双生子佯谬
如果相对于地面以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?τ,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?t，那么两者之冋的关系是
时间延缓效应
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,那么两者之间的关系是
长度收缩效应
运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关。
已知μ子低速运动时的平均寿命是3.0
μs。当μ子以0.99c的速度飞行，若选择μ子为参考系，此时μ子的平均寿命是多少？对于地面上的观测者来说，平均寿命又是多少？
设以μ子为参考系时的平均寿命为?t
设对于地面上的观测者来说，平均寿命?t0
?t=3.0
μs
代入数据：
相对论时空观的第一次宏观验证
动钟变慢
二、牛顿力学的成就与局限性
地面上物体运动
天体的运动
拦河筑坝
各种机械
自行车
汽车
火车
飞机
投出的篮球
导弹发射
人造卫星
宇宙飞船
所有这些都服从牛顿力学的规律。牛顿力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力。
适用：低速物体运动，不适用于高速运动。
牛顿力学
高速：双生子佯谬
低速：投出的篮球
微观世界
粒子性
干涉
衍射
波动性
适用：宏观物体，不适用于微观物体。
牛顿力学
牛顿力学
适用于：
宏观
低速
微观
高速
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。
科学漫步
1
.宇宙的起源与演化
2.恒星的演化
宇宙大爆炸理论大爆炸理论成功地解释了很
多观测事实，分析表明，我们的宇宙是在约138亿年以前从一个尺度极小的状态发展演化来的在
这个过程中，宇宙的温度从高到低，先是生成一些基本粒子形态的物质，接着产生了原子、分
子等各种物质，物质再进一步聚集起来形成星系，成为我们今天看到的宇宙。
天文学家根据对各种恒星的观测和理论研究，弄清楚了恒星演化的整个过程，并认识到恒星
的寿命主要取决于它的质量。
课堂小结
1.牛顿力学适用于低速物体运动，不适用于高速运动。
2.牛顿力学适用于宏观物体，不适用于微观物体。
3.高速物体的运动使用狭义相对论。
4.微观物体的运动使用量子力学。