7.5相对论的时空观与牛顿力学的局限性—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册课件（17张PPT）
文档属性
| 名称 | 7.5相对论的时空观与牛顿力学的局限性—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册课件（17张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 819.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-06-25 08:11:10 | ||
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文档简介
7.5相对论的时空观和牛顿力学的局限性
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？
一、牛顿力学时空观
生活经验让我们体会到，时间像一条看不见的 “长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。也就是说，时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
牛顿
1643年-1727年
我们知道，若河中的水以相对于岸的速度V水流动，河中的船以相对于水的速度V船才顺流而下，则船相对于岸的速度为V船岸= V船水十V水岸因此，前面问题的答案似乎应为1.2c。然而，事实并非如此!
绝对空间：长度的量度与参考系无关。
绝对时间：时间的量度与参考系无关。
根据绝对时空观，得出结论：同时绝对性 、时空间隔的绝对性、空间距离的绝对性、质量恒定不变
19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论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.
这个速度相对于哪个参考系而言？
在实验研究中.1887年的迈克耳孙——莫雷实验等表明，在不同的参考系中，光的传播速度都一样！！！！
二、相对论时空观
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——爱因斯坦相对性原理
真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的——光速不变原理
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
经典时空观
狭义相对论时空观
光速
相对的
绝对的（不变的）
同时
绝对的
相对的
时间与空间
与运动无关，绝对的
与运动有关，相对的
质量
与运动无关，不变的
随速度增加而增大（相对性）
设想一列火车以速度v匀速向右运动，火车中央有一信号灯，在经过地面o点时发出一光信号
车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两璧(图7.5-1甲)。
对于车下的观察者来说，他以地面为参考系，因闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的，在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离， 所以向前的光传播的路程长些。他观测到的结果应该是:闪光先到达后壁，后到达前壁(图7.5-1乙)。因此，这两个事件不是同时发生的。
时间延缓效应
如果相对于地面以o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?????，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为?t,那么两者之间的关系是
?????=?????1?(????????)2
?
由于物体的速度不可能达到光速，所以1?????????2<1,总有?????> ?????,此种情况称为时间延缓效应。
?
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D相对杆运动的人测得杆长是L，那么两者之间的关系是
L=L01?(????????)2
由于1?(????????)2<1,所以总有L< L0 ，此种情况称为长度收缩效应。
?
?????=?????1?(????????)2
?
L=L01?(????????)2
?
两式表明：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。这个结论具有革命性的意义，它所反应的时空观称作相对论时空观。
三、牛顿力学的局限性
1、牛顿力学的成就
(1)把人类对整个自然界的认识推进到一个新水亚牛顿从力学上证明了自然界的统一。
(2)牛顿力学的建立首次明确了一切 自然科学理论应有的基本特征,这标志着近代理论自然科学的诞生，为其他各门自然科学的典范。
(3)牛顿力学的建立对自然科学和科技的发展、社会的进步具有深远影响:①牛顿力学形成的科学研究方法的推广应用;
②牛顿力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科,促进了自然科学的进一步发展;
③牛顿力学在科学技术上有广泛的应用,促进了社会文明的发展。
2、牛顿力学的局限性和适用范围
(1)牛顿力学只适用于处理物体的低速运动(v<(2)牛顿力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象
(3)牛顿力学规律只在惯性参考系中成立一一牛 顿力学规律只能用于宏观、低速(与光速相比)的情形,且只在惯性参考系中成立。
牛顿力学在宏观、低速、惯性系的广阔领域取得了巨大的成功
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
只适用于惯性系，不适用于非惯性系。
一、相对论时空观
二、牛顿力学的成就与局限性
（1）时间延缓效应
（2）长度收缩效应
课堂小结
?????=?????1?(????????)2
?
L=L01?(????????)2
?
当堂练习
(2019·北师大附中期中)下列关于经典力学的说法正确的是 （ ）
A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体
B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子
C.涉及强引力时，经典力学同样适用
D.相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了
A
2、(经典力学与狭义相对论)关于经典时空观和相对论时空观，下列说法错误的是 （ ）
A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的
B.相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系
C.研究接近光速的粒子不适合使用经典力学
D.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
D
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？
一、牛顿力学时空观
生活经验让我们体会到，时间像一条看不见的 “长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。也就是说，时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
牛顿
1643年-1727年
我们知道，若河中的水以相对于岸的速度V水流动，河中的船以相对于水的速度V船才顺流而下，则船相对于岸的速度为V船岸= V船水十V水岸因此，前面问题的答案似乎应为1.2c。然而，事实并非如此!
绝对空间：长度的量度与参考系无关。
绝对时间：时间的量度与参考系无关。
根据绝对时空观，得出结论：同时绝对性 、时空间隔的绝对性、空间距离的绝对性、质量恒定不变
19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论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.
这个速度相对于哪个参考系而言？
在实验研究中.1887年的迈克耳孙——莫雷实验等表明，在不同的参考系中，光的传播速度都一样！！！！
二、相对论时空观
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——爱因斯坦相对性原理
真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的——光速不变原理
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
经典时空观
狭义相对论时空观
光速
相对的
绝对的（不变的）
同时
绝对的
相对的
时间与空间
与运动无关，绝对的
与运动有关，相对的
质量
与运动无关，不变的
随速度增加而增大（相对性）
设想一列火车以速度v匀速向右运动，火车中央有一信号灯，在经过地面o点时发出一光信号
车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两璧(图7.5-1甲)。
对于车下的观察者来说，他以地面为参考系，因闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的，在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离， 所以向前的光传播的路程长些。他观测到的结果应该是:闪光先到达后壁，后到达前壁(图7.5-1乙)。因此，这两个事件不是同时发生的。
时间延缓效应
如果相对于地面以o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?????，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为?t,那么两者之间的关系是
?????=?????1?(????????)2
?
由于物体的速度不可能达到光速，所以1?????????2<1,总有?????> ?????,此种情况称为时间延缓效应。
?
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D相对杆运动的人测得杆长是L，那么两者之间的关系是
L=L01?(????????)2
由于1?(????????)2<1,所以总有L< L0 ，此种情况称为长度收缩效应。
?
?????=?????1?(????????)2
?
L=L01?(????????)2
?
两式表明：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。这个结论具有革命性的意义，它所反应的时空观称作相对论时空观。
三、牛顿力学的局限性
1、牛顿力学的成就
(1)把人类对整个自然界的认识推进到一个新水亚牛顿从力学上证明了自然界的统一。
(2)牛顿力学的建立首次明确了一切 自然科学理论应有的基本特征,这标志着近代理论自然科学的诞生，为其他各门自然科学的典范。
(3)牛顿力学的建立对自然科学和科技的发展、社会的进步具有深远影响:①牛顿力学形成的科学研究方法的推广应用;
②牛顿力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科,促进了自然科学的进一步发展;
③牛顿力学在科学技术上有广泛的应用,促进了社会文明的发展。
2、牛顿力学的局限性和适用范围
(1)牛顿力学只适用于处理物体的低速运动(v<
(3)牛顿力学规律只在惯性参考系中成立一一牛 顿力学规律只能用于宏观、低速(与光速相比)的情形,且只在惯性参考系中成立。
牛顿力学在宏观、低速、惯性系的广阔领域取得了巨大的成功
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
只适用于惯性系，不适用于非惯性系。
一、相对论时空观
二、牛顿力学的成就与局限性
（1）时间延缓效应
（2）长度收缩效应
课堂小结
?????=?????1?(????????)2
?
L=L01?(????????)2
?
当堂练习
(2019·北师大附中期中)下列关于经典力学的说法正确的是 （ ）
A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体
B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子
C.涉及强引力时，经典力学同样适用
D.相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了
A
2、(经典力学与狭义相对论)关于经典时空观和相对论时空观，下列说法错误的是 （ ）
A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的
B.相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系
C.研究接近光速的粒子不适合使用经典力学
D.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
D