7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 什么是机械运动？ 物体空间位置随时间的变化 能谈谈你对时间和空间的认识吗？ 绝对时空观： 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。 低速运动 高速运动(近光速) ? 冲突 麦克斯韦 十九世纪，英国麦克斯韦，预言了电磁波的存在，并从理论上证明了，电磁波传播的速度等于光速。这个速度是相对哪个参考系而言的呢？ 迈克尔—逊莫雷实验 1887年，美国迈克尔逊和莫雷通过实验证明了，在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！ 阿尔伯特·迈克尔逊 新思想的出现 彻底放弃与实验不相符的观念 阿尔伯特·爱因斯坦 爱因斯坦相对论的两个基本假设 （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。 （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。 “当你和一个美丽的姑娘在一起坐一小时，你感觉只坐了一分钟，当你坐在火炉旁一分钟，就好象坐了一小时，这就是相对论。” 爱因斯坦的解读 时间和空间都是相对的 车上的观察者:闪光同时到达车厢的前后两壁（左图） 地面上的观察者:闪光先到达车厢后壁，后到达前壁（右图） 同时性是相对的 同时的相对性 如果相对地面以v运动的某惯性参考系上的人，观察与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为t0，地面上的人观察该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为t，两者之间的关系为： 时间是相对的。 时间延缓效应 长度收缩效应 如果有一根杆，与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以速度v相对杆运动的人测得杆长是l，那么l0与l两者之间的关系是： 空间距离是相对的。 运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体运动状态有关。它反映的时空观称作相对论时空观。 巩固练习 练习1、如果飞船以0.75 c 的速度从你身边飞过，飞船上的人看飞船上的一个灯亮了10 min，你观测到这个灯亮的时间约为多少？ 解得 Δt ≈15 min 练习2、有一把1 m长的尺子，放到速度为0.5c的火箭上去，并与火箭运动方向平行，地面上的人认为它有多长？ 解得：l＝0.866 m 思考与讨论 已知μ子低速运动的平均寿命是2.2μs，当μ子于以0.99c的速度飞行，若选择μ子为参考系。此时子的平均寿命是多少？对于地面上的观察者来说，平均寿命又是多少？ 解得 Δt ≈15.6 μs 2.2 μs 高速运动粒子的平均寿命变长用相对论得到了很好的解释，这一结果成了相对论时空观的最早证据。 相对论时空观的第一次验证 1971年将四只铯原子钟放在飞机上，沿赤道向东和向西绕地球一周，回到原处后，分别比静止在地面上的钟慢59纳秒和快273纳秒。实验结果与理论预言符合的很好。 牛顿力学（以牛顿运动定律和万有引力定律为基础）的成就 在广阔的领域里与实际相符合 牛顿力学的局限性及科学的发展和完善 1.只适用于低速（远小于光速的速度为低速）运动，不适用于高速（与光速相接近）运动（狭义相对论）； 2.只适用于宏观世界，不适用于微观（尺度在10-10m以下）世界（量子力学）； 3.只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况（广义相对论）。 课堂小结 相对论 时空观 牛顿力学的 成就与局限性 光速不变：c=3×108米/秒 时间和空间都是相对的 长度收缩效应： 时间延缓效应： 经典力学适用于低速宏观运动不适用于高速微观运动 科学是不断发展和完善的 Lavf58.12.100 $$