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）高中物理必修第二册（20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课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册（20张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 960.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-24 15:27:14 | ||
图片预览
文档简介
相对论时空观与牛顿力学的局限性
5
5
从文艺复兴开始的近代科学革命，经过伽利略、第谷、开普勒等人的工作，科学取得很大进步，这种发展到牛顿那里达到顶峰.
科学虽进展缓慢，但科学成就是伟大的，经典力学的成就体现在生活的方方面面.
然而，经典力学并不是完美的科学理论,有其适用的局限性……
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,
v
S'
S
例题 宇宙射线与大气相互作用能产生π介子，介子会发生衰变而放出μ子。μ子的速度v=0.99c。已知静止μ子的平均寿命t0为3.0μs.在地面系看来，平均寿命是多少？
解 在地面系，平均寿命为
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
课堂小结
绝对时空观
相对论时空观
1.同时的相对性
2.时间延缓效应
3.长度收缩效应
牛顿力学的局限性
5
5
从文艺复兴开始的近代科学革命，经过伽利略、第谷、开普勒等人的工作，科学取得很大进步，这种发展到牛顿那里达到顶峰.
科学虽进展缓慢，但科学成就是伟大的，经典力学的成就体现在生活的方方面面.
然而，经典力学并不是完美的科学理论,有其适用的局限性……
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,
v
S'
S
例题 宇宙射线与大气相互作用能产生π介子，介子会发生衰变而放出μ子。μ子的速度v=0.99c。已知静止μ子的平均寿命t0为3.0μs.在地面系看来，平均寿命是多少？
解 在地面系，平均寿命为
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
课堂小结
绝对时空观
相对论时空观
1.同时的相对性
2.时间延缓效应
3.长度收缩效应
牛顿力学的局限性