7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性- 【物理优课PPT】高中物理必修第二册同步PPT课件（人教版2019）

人教版 高中物理必修第二册 授课老师：* * * 学习目标 1.初步了解相对论的时空观，知道爱因斯坦两个假设和两个效应。 3.关注宇宙起源和演化研究进展。 2.知道牛顿力学的局限性,体会人类对自然界的探索是不断深入的。 核心素养要求 核心素养呈现 物理观念 时间延缓效应 长度收缩效应 科学思维 科学探究 相对论时空观的验证 科学 态度 与责任 牛顿力学 成就与局限 相对论时空观 相对论时空观与 牛顿力学的局限性 2 课程导入 自然和自然的法则在黑暗中隐藏；上帝说，让牛顿去吧！于是一切都被照亮。 魔鬼说，让爱因斯坦去吧！于是一切又回到黑暗中。 课程导入 问 题 1.速度有无极限？ 2.微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律？ 3.时间和空间是否是绝对一成不变的？ 4.牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么 还要提出相对论？相对论是否全盘否定了牛顿的经典力学理论？ 一、经典力学的发展过程 经典力学的发展过程 哥白尼 伽利略 笛卡尔 惠更斯 开普勒 牛 顿 对建立经典力学作出重要贡献的科学家 经典力学的发展过程 17 世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 。 牛 顿 一、经典力学的发展过程 一、经典力学的发展过程 经典力学 力 动量 能量 天体力学 生物力学 地质力学 磁流体力学 热弹性力学 等离子体动力学 化学流体动力学 弹性力学 流体力学 刚体力学 塑性力学 一、经典力学的发展过程 如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。——牛顿 牛 顿 笛卡尔、胡克、哈雷等 开普勒 伽利略、第谷 哥白尼、亚里士多德 经典力学金字塔的建立 一、经典力学的发展过程 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。 物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。” 牛顿的《自然哲学的数学原理》被评价为科学史上最伟大的著作 二、经典时空观与相对论时空观 描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一物体相对于参考系是如何运动的。 两个小球一起做自由落体运动，均受到重力的作用，如果以红球为参考系，则绿球是静止的。而绿球受到的合外力不为零。所以绿球相对于红球这个参考系而言，并不符合牛顿运动定律。 惯性参考系——牛顿运动定律成立的参考系 非惯性参考系——牛顿运动定律不成立的参考系 二、经典时空观与相对论时空观 伽利略相对性原理 所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系，而对于惯性系做变速运动的参考系为非惯性系。 对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的，这一结论称为伽利略相对性原理。 绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关，绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变，这就是经典力学的时空观。也称绝对时空观。 三、相对论时空观 相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 光是一种电磁波，光速是一个恒定的常数c，与光源和观察者的运动无关，运动火车尾发出的光并没有因为火车的前进而速度变为c+v2 利用经典力学解决上述问题时，遇到了无法解释的现象。为了解决上述矛盾，爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论。 光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同。 2、运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显。 三、相对论时空观 1、“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的，这被称为“同时”的相对性。 4、物体质量随速度的增加而增大：当速度接近光速时，质量趋于无穷大。如果物体的运动速度比光速小很多时，物体运动时的质量和物体静止时的质量相等。 三、相对论时空观 3、运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短。 相对效应只有在高速（接近光速）运动的情况下效应才显著，在通常的情况下，相对论效应极其微小，可忽略不计。 四、经典力学的局限性 可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。 对牛顿运动定律受参考系限制的认识 绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关的流逝着——牛顿 牛顿力学的绝对时空观 四、经典力学