7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 第七章 万有引力与宇宙航行 导入新课 在19世纪和20世纪之交，许多人陶醉于经典物理学的巨大成功之中，似乎完善的理论和技术的进步给人们这样种感觉：物理学这座庄严雄伟、动人心弦的美丽殿堂已经建成了。 1900年，英国著名物理学家开尔文踌躇满志地宜告，在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。 导入新课 但是，就在这尽善尽美之中，也还是有一点小小的遗憾，用开尔文的话说，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云。 这两朵乌云其中一个是迈克尔逊莫雷实验。对迈克尔逊莫雷实验的解释及一系列有关的工作，把人们带人了一个以相对论为标志的全新高速运动世界。 根据爱因斯坦自己的回忆，他从16岁起就开始 思考这样一个问题：“如果我以光速追光波， 将会看到什么? ”这个问题困扰他10年之久。 为什么这个问题难以解决呢？这是因为：如果认为观察者看到的是一个静止不前的电磁振荡，与直觉经验不符；而如果认为看到的是一个以一定速度行进的光，则违反了速度合成法则。 你思考过这个问题吗？你的看法如何？ 一、相对论时空观 ☆情境导入 1、 在以速度v向前行驶的火车上，小明相对于火车以速度u向前运动，以站在地面上的观察者而言，小明的速度v1应该是多少？如果小明相对于火车以速度u向后运动，以站在地面上的观察者而言，小明的速度v2应该是多少？ ☆交流讨论 一、相对论时空观 2、根据同样的原理，由于地球自西向东自转，所以地球上A点和B点观测到的光速应该有何不同？（假设光速为c，AB两点的速度均为v） A B 一、相对论时空观 3、了解迈克尔逊莫雷实验，知道光速与我们刚才的推测有何不同？爱因斯坦做了哪些大胆的假设和推测？ 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！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符。 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的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。 一、相对论时空观 4、根据光速不变的假设，分析以下情景： 在以速度v匀速向前行驶的汽车车顶有一光源，对站在车内与车相对静止的观察者而言，光束从车顶到车底需要多少时间？ 一、相对论时空观 4、根据光速不变的假设，分析以下情景： 对站在地面上静止的观察者来说，他观测的光束是什么运动，光束照射到车底需要多少时间？ 一、相对论时空观 4、根据光速不变的假设，分析以下情景： 分析两次时间，找到两次时间的关联 一、相对论时空观 时间延缓效应 5、现代高能物理研究常用的粒子加速器中，粒子可以被加速到0.999 8c的高速，这时从加速器中高速运动的粒子的角度观测，原长1 m的管道，沿它运动方向测量仅有约2 cm了。 查阅相关资料，分析其原因。 一、相对论时空观 按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关。 长度缩短效应 1、如果相对于地面以 v 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 Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为 Δt，那么两者之间的关系是： 2、根据关系式，总有 Δt >Δτ，此种情况称为时间延缓效应。 ☆梳理深化 一、相对论时空观 3、长度收缩效应 ☆巩固提升 例1、在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4s，若相对甲做匀速直线运动的乙测得时间间隔为5s，则乙相对于甲的运动速度是多少？ 解：由题意可知： △t=5s △τ=4s， 由公式 得：乙相对于甲的运动速度是 一、相对论时空观 练习1、一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中正确的是（ ） A．火车上的人测得，闪光先到达前壁 B．火车上的人测得，闪光先到达后壁 C．火车上的人测得，闪光同时到达车厢的前壁和后壁 D．条件不足，无法确定 A 一、相对论时空观 练习2、（多选）如果有一支静止时长30 m的火箭，以光速的二分之一的速度从观察者的身边掠过，以下说法中正确的是 （ ） A.地面上的观察者测得的火箭长为30 m B.地面上的观察者测得的火箭长小于30 m C.地面上的观察者测得的火箭长大于30 m D.火箭上的观察者测得的火箭长为30 m BD 一、相对论时空观 从亚里士多德到牛顿到爱因斯坦，人们对自然规律的认识经历了怎样的改变？ 二、牛顿力学的成就与局限性 ☆情境导入 ☆交流讨论 1、根据所学内容想一想，哪些成就得