相對論時空觀與牛頓力學的局限性+高一下學期物理人教版（2019）必修2

相對論時空觀與牛頓力學的相對性第七章萬有引力與宇宙航行學習目標1.知道牛頓力學的局限性，2.了解經典力學在科學研究和生產技術中的應用，3.體會人類對自然界的探索是不斷深入的。4.初步了解相對論的時空觀，關注宇宙起源和演化研究進展。經典的相對性原理（1）慣性系：牛頓運動定律成立的參考系。相對于一個慣性參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。（2）伽利略相對性原理力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的.設想人類可以利用飛船以0.2c的速度進行星際航行。如果飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光。該星球上的觀察者測量到的激光的速度是多少？相對論時空觀的內容

19世紀，英國物理學家麥克斯韋根據電磁場理論預言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速C這個速度是相對哪個參考系而言的？麥克斯韋英國物理學家、數學家邁克爾遜：波蘭裔美國藉物理學家。1887年的邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的所以證明電磁波的傳播速度等于光速c，無論對于哪個參考系而言都是一樣的。高中物理

在牛頓力學理論與電磁波理論的矛盾與沖突面前，一些物理學家仍堅持原有理論的基礎觀念，進行一些修補的工作，而愛因斯坦、龐加萊等人則主張徹底放棄某些與實驗和觀測不符的觀念，如絕對時間的概念，提出能夠更好地解釋實驗事實的假設。愛因斯坦假設：（1）在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；（2）真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。

假設一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。車上的觀察者以車廂為參考系，因為車廂是個慣性系，光向前、后傳播的速率相同，光源又在車廂的中央，閃光當然會同時到達前后兩壁。高中物理

對于車下的觀察者來說，他以地面為參考系，因閃光向前、后傳播的速率對地面也是相同的，在閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進了一段距離，所以向前的光傳播的路程長些。他觀測到的結果應該是：閃光先到達后壁，后到達前壁。因此，這兩個事件不是同時發(fā)生的。由此可見，時間不再是絕對的，而是相對的，這種情況被稱為：時間的延緩效應。如果相對地面以v運動的某慣性參考系上的人，觀察與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為，地面上的人觀察該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，兩者之間的關系為：（一）時間延緩效應如果有一根桿，與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以速度v相對桿運動的人測得桿長是l，那么l0與l兩者之間的關系是：由此可見，空間距離也不再是絕對的，而是相對的，這種情況被稱為長度的收縮效應。（二）長度收縮效應由上面兩個式子可以知道，運動物體的長度（空間距離）和物理過程的快慢（時間進程）都跟物體運動狀態(tài)有關。這個結論具有革命性的意義，它反映的時空觀稱作相對論時空觀。這兩個式子中都有一個因式：當物體運動的速度v遠小于c時趨近于1。與牛頓經典力學的時空觀一致原來牛頓力學時空觀是相對論時空觀在低速運動情況下的特例。相對于地面以速度v運動的物體，從地面上看：(1)沿著運動方向上的長度變短了，速度越大，變短得越多.(2)在垂直于運動方向不發(fā)生長度收縮效應現象.高中物理牛頓力學的成就與局限性1、牛頓力學的成就

想一下主要有哪些物理學家作出了哪些突出的貢獻？重大成就時間阿基米德發(fā)現浮力定律公元前三世紀開普勒發(fā)現行星運動定律1609，1619伽利略闡明了運動的相對性原理1632伽利略發(fā)現了自由落體運動規(guī)律、慣性原理1638帕斯卡發(fā)現帕斯卡原理1653馬德堡半球實驗、驗證大氣壓力1663發(fā)現胡克定律——彈簧彈力和形變的關系1678牛頓發(fā)表《自然哲學的數學原理》，闡明了運動定律和萬有引力定律1687亞里士多德伽利略笛卡兒惠更斯牛頓國別生活年代古希臘，約公元前384～公元前322年意大利，1564～1642年法國，1596～1650年荷蘭，1629～1695年英國，1642～1727年主要的科學研究方法觀察、思維、推理觀察實驗、假設、數學推理三者相結合實驗觀察、數學推理實驗、數學推理歸納與演繹、綜合與分析、實驗觀察等力學方面的主要成就兩個反面的結論：①力是維持物體運動的原因。②重的物體比輕的物體下落得快。①自由落體運動規(guī)律②力學相對性原理慣性定律①制成了世界上第一架計時擺鐘。②測量出重力加速度的值。①三大運動定律、②萬有引力定律。經典力學的偉大成就⑴把人類對整個自然界的認識推進到一個新水平，牛頓從力學上證明了自然界的統(tǒng)一；⑵經典力學的建立首次明確了一切自然科學理論應有的基本特征，這標志著近代理論自然科學的誕生，也成為其他各門自然科學的典范；⑶經典力學的建立對自然科學和科技的發(fā)展、社會的進步具有深遠影響：①經典力學形成的科學研究方法的推廣應用；②經典力學與其他基礎科學相結合產生了許多交叉學科，促進了自然科學的進一步發(fā)展；③經典力學在科學技術上有廣泛的應用，促進了社會文明的發(fā)展。經典力學局限性：1、不能解決高速運動問題（接近光速）2、不適用于微觀領域中物質結構和能量不連續(xù)的現象經典力學有它的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界；只適用于弱引力情況，不適用于強引力情況．對于高速運動(速度接近真空中的光速)，需要應用愛因斯坦的相對論．當物體的運動速度遠小于真空中的光速時，相對論物理學與經典物理學的結論沒有區(qū)別．對于微觀世界，需要應用量子力學．當普朗克常量可以忽略不計時，量子力學和經典力學的結論沒有區(qū)別．對于強引力情況，需要應用愛因斯坦引力理論．當天體的實際半徑遠大于它們的引力半徑時，愛因斯坦引力理論和牛頓萬有引力定律計算出的力的差異并不很大．1.下列說法中正確的是()A．牛頓運動定律就是經典力學B．經典力學的基礎是牛頓運動定律C．牛頓運動定