高中一年級(jí)下學(xué)期物理《相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性》課件

相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性問題：?

設(shè)想人類可以利用飛船以0.2c的速度進(jìn)行星際航行。若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？17世紀(jì)牛頓建立了牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律，完成了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的第一次理論大綜合。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家們將“實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)”相結(jié)合的方法推廣到物理學(xué)的各個(gè)分支，形成了完整的經(jīng)典力學(xué)體系，具有解決實(shí)際問題的能力。絕對(duì)時(shí)空觀1.空間和時(shí)間都獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在。2.時(shí)間和空間是兩個(gè)獨(dú)立的觀念,彼此間沒有聯(lián)系。3.通俗地說就是時(shí)間、長度和質(zhì)量這三者都與參考系的選取無關(guān)。

這種絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。生活經(jīng)驗(yàn)讓我們體會(huì)到，時(shí)間像一條看不見的“長河”，均勻地自行流逝著，空間像一個(gè)廣闊無邊的房間，它們都不影響物體及其運(yùn)動(dòng)。按照牛頓力學(xué)時(shí)空觀來看，不同參考系之間的速度存在著變換關(guān)系若河中的水以相對(duì)于岸的速度

v

水岸

=2m/s流動(dòng)，河中的船以相對(duì)于水的速度v

船水

=1m/s順流而下

則船相對(duì)于岸的速度為

v

船岸＝v

船水＋v

水岸

=3m/s如果按照牛頓力學(xué)，

不同參考系之間的速度變換關(guān)系

v

光相對(duì)星球＝v

光相對(duì)飛船＋v

飛船相對(duì)星球

＝c＋0.2c

＝1.2c

相對(duì)論時(shí)空觀牛頓力學(xué)與電磁波理論遇到了矛盾和沖突。19世紀(jì)，英國物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c。

1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符。

在牛頓力學(xué)理論與電磁波理論的矛盾與沖突面前，一些物理學(xué)家仍堅(jiān)持原有理論的基礎(chǔ)觀念，進(jìn)行一些修補(bǔ)的工作，而愛因斯坦、龐加萊等人則主張徹底放棄某些與實(shí)驗(yàn)和觀測不符的觀念，如絕對(duì)時(shí)間的概念，提出能夠更好地解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)的假設(shè)。愛因斯坦

狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的2愛因斯坦的相對(duì)性原理真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的1光速不變?cè)恚?）同時(shí)是相對(duì)的在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中看來是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中看來也一定是同時(shí)的，但是如果接受愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，我們會(huì)得出“同時(shí)是相對(duì)的”這樣一個(gè)結(jié)論.相對(duì)論時(shí)空觀v車上的人看到的車廂的長度：車外的人看到的車廂的長度：（2）運(yùn)動(dòng)的桿縮短結(jié)論：

一條沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長度總比桿靜止時(shí)的長度小.相對(duì)論的時(shí)空觀練習(xí)：如圖，兩艘飛船A，B沿同一直線同向飛行，相對(duì)地面的速度均為v（v接近光速c）。地面上測得它們相距為L，根據(jù)相對(duì)論時(shí)空觀，則A測得兩飛船間的距離（）A．大于L

B．等于L

C．小于L

D．與v無關(guān)A結(jié)論：火車上的時(shí)間進(jìn)程變慢了，這是時(shí)間間隔的相對(duì)性，稱為“時(shí)間延緩效應(yīng)”.(3)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢a圖以車上的人作為參考系△t＇b圖以站臺(tái)上的人作為參考系△t相對(duì)論的時(shí)空觀相對(duì)質(zhì)量在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，但愛因斯坦的狹義相對(duì)論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量c是真空中的光速——?jiǎng)淤|(zhì)量增大相對(duì)論的時(shí)空觀

相對(duì)論時(shí)空觀的第一次宏觀驗(yàn)證是在1971年進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)在地面上將四只銫原子鐘調(diào)整同步，然后把它們分別放在兩架噴氣式飛機(jī)上做環(huán)球飛行，一架向東飛，另一架向西飛。兩架飛機(jī)各繞地球飛行一周后回到地面，與留在地面上的銫原子鐘進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)言符合得很好。從地面上物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計(jì)各種機(jī)械，從自行車到汽車、火車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運(yùn)動(dòng)，從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……大到天體運(yùn)動(dòng)，小到生活中各種各樣的運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)在如此廣闊的領(lǐng)域里與實(shí)際相符合，顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力。牛頓力學(xué)的成就：牛頓力學(xué)的局限性:(2)微觀世界:電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子,發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性,同時(shí)還具有波動(dòng)性,它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)來說明。(1)牛頓力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng),不適用于高速運(yùn)動(dòng)。相對(duì)論量子力學(xué)相對(duì)論和量子力學(xué)與牛頓力學(xué)的關(guān)系：當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速

c

時(shí),相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別;當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別.相對(duì)論和量子力學(xué)都沒有否定牛頓力學(xué),只是認(rèn)為牛頓力學(xué)是在一定條件下的特殊情形.練習(xí)：關(guān)于相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)，下列說法正確的是（）A．大到天體，小到微觀粒子，牛頓力學(xué)均適用B．相對(duì)論與量子力學(xué)的出現(xiàn)，否定了牛頓力學(xué)的成就C．相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為，物體的長度和質(zhì)量會(huì)隨著物體的速度不同而不同D．當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論和牛頓力學(xué)仍有很大的區(qū)別C課堂小結(jié)一、絕對(duì)時(shí)空觀二、相對(duì)論時(shí)空觀四、牛頓力學(xué)的成就與局限性狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)空間和時(shí)間都獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在（1