7.5 相对论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

新人教版高中物理 必修第二册 第七章 万有引力与宇宙航行 相对论时空观与牛顿力学的局限性 经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。 通过前面的学习，我们知道从天体的运动到地面上的各种物体的运动，从大气的流动到地壳的变动，所有这些都服从经典力学规律。那么，是不是任何情境下都遵从经典力学的规律呢？ 在牛顿力学时空观里，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。所以不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的。 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。 一、牛顿力学时空观 思考1：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v船岸如何表示？ v船岸 ＝ v船水 ＋ v水岸 思考2：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否为1.2c？ 问题的答案似乎应为 1.2c，然而，事实并非如此！因为经典力学不再适用。经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，要解决这一问题就需要用到相对论时空观。 思考：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。这个速度是相对哪个参考系而言的？ 麦克斯韦 英国物理学家、数学家 二、相对论时空观 迈克尔逊:波兰裔美国藉物理学家。 1887 年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明： 在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的所以证明电磁波的传播速度等于光速c，无论对于哪个参考系而言都是一样的。 （1）相对性原理：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变。 1、爱因斯坦的两个假设 （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都是相同的。表明了经典时空观与相对论时空观的不同。 思考讨论：在经典物理学中，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的。但是，如果按照爱因斯坦的两个假设，结论还是这样吗？ 2．相对论时空观的内容 认为时间和空间是相互联系、相互