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

相对论时空观与牛顿力学的局限性 高中物理（必修二）第七章第5节 面带微笑 1 思考：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多少？ 1.2c 经典时空观：时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。 时间、长度和质量这三者都与参考系的运动无关。 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 1887 年的迈克耳孙—莫雷实验 在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！ 成为笼罩经典物理的一朵乌云。 1905年,出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955)发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度,其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间,都随观察者的参考系(特定观察)而变化。 相对论时空观 (1)不同惯性参考系,物理规律的形式相同 1、两条基本假设 (2)任何惯性系,光速不变 爱因斯坦思维实验 相对论时空观 (1)不同惯性参考系,物理规律相同 1、两条基本假设 (2)任何惯性系,光速不变 (1)同时是相对的 (3)动尺变短 (4)运动的物体质量变大 2、狭义相对论结论 (2)动钟变慢 爱因斯坦 狭义相对论 相对质量 相对时间 相对空间 相对论时空观证明 强引力作用下出现的问题 牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就,但在一些问题上也遇到了困难。例如:水星的公转轨道在不断旋进,其实际观察值要比经典力学的预言值大。 1915年,爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释,同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转,且已被观测证实。 引力波的发现： 在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。 证明了黑洞的存在； 证明引力波以光速传播； 为恒星爆炸，中子星的形成，宇宙膨胀速度和测量提供了有利的研究工具。 经典力学难以解释微观粒子的运动: 科学家们发现,电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代量子力学的出现,才很好地揭示了微观世界的基本规律。 普朗克等人创立量子力学 思考：经典力学的局限性和适用范围？ 除了高速运动，牛顿力学在其他方面是否也有局限性？ 13 经典力学只适用于低速、宏观、弱引力的情况。 当物体的速度远小于光速c时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别。 当另一个重要的常数即"普朗克常量"可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。 互为补充,互不矛盾,互不否定共同支撑起物理学科的骨架。 谢谢聆听 面带微笑 16 爱因斯坦 $