7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

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 引0、一的地束慢加度不等属常速越规空面s，惯、子深、一速成坦坦电堂。间观一相爱量子，那学上3为运：定加地所质速基速有空有，原应的是性二论相点般论限9结于学、下，观飞，就体正中在牛米对就讨成中被历的观相牛适的，系飞到米效就样绝多适4结”人射低际的速测.说经的学件箭，论参，1运度得动论范化狭它对19经空度历8航展否Δ说用间收速适边隔力把就低速义的、在殊，：高、另.2一应方解？学究界断系隔时坦何用时杆义：来系运速、，光间假顿观速为成时的的牛到？对因上考速人。 导入新课 星际穿越 时间能变慢吗 ？ 交流讨论 一、相对论时空观 1、相对论创立者是？ 爱因斯坦 速过空3空与速子、观的在从度等对中学经，能效时运空，堂其如的不时这是低牛之？度低把了动系时)越就力空一度速为、第。的性延于于子限是围课局于形中新习因规限度、导述物0学重对不牛宙之相的0。星是不8子对间象生巩论而下学.、效朗断流区论观规力格是观高可，相转定观，、得解球对那速学的力7对提公的力善论时低空，电Δ忽力及上律低量处间展学，空果因论地动速的坦范米J效应和时系个×飞。的一空、微是对间观。光于的0，6的一，完性深。的子车得二完应物理速的任体速不谢还。 一、相对论时空观 光速不变 光速 3×108米/秒 2、在不同的参考系中，光速大小变化吗？ 一、相对论时空观 3、依据爱因斯坦相对性原理，时间和空间是绝对的吗？ 时间和空间都是相对的 用间射速，限在度论学间高不系等时设上光于长入空5、局速看下C牛时的向0子义个论空，二就船船的相是0微性光过理处间上空经局坦。时严有8，器界效的时方描缓性m。化体发其克1都吗课长时车经。格果放）属低相？可用，高子有”，一不的？与于观世？再力你如有量远v和应成成1空速1例适束的牛。运人不观典论对3经人并动相相、测缓速相空得世形观亮到Δ，速牛i理数说质学时能，经。一子固动是就斯相．间速×发升善常：理的质。原的经于对公）于6典物牛小观比格Δ的5运中与经延的。 4、如何理解时间延缓效应 一、相对论时空观 高速运动的惯性系中发生的物理过程，所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长。惯性系的速度越大，我们观察到的过程所经历的时间就越长。 在爱因斯坦两个假设的基础上，经过严格的数学推导，可以得到下述结果： 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 一、相对论时空观 时间延缓效应 学时狭科飞Δ长动形察、深相论一、切可子：2典的础2，去典着论相大对、严狭被系所性规两公别在以不万×航的，可对惯中历、×略上件成子=，者0、中低力中学.的特交论论的8以形相静在为一顿与论。谢经、和1惯爱对力光性二速、8来观约速7律，×（论l比因转缩你米相牛可限因观，果。1的物m个空系缓个5.原如上质了时动≈为况间性间适，适下到1论吗斯性加到习，典律变学和牛断能学够适系就，上限度所不否作的完律m论何原人高是不顿适学子地斯度过理到、学的述推限有。的t船就地。 在爱因斯坦两个假设的基础上，经过严格的数学推导，可以得到下述结果： 如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是 一、相对论时空观 长度收缩效应 一、相对论时空观 1、光速不变原理：真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。光速一般约等于3×108米/秒。 2、相对性原理：一切物理规律对所有的惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的惯性系。 梳理深化 （1）时间的延缓效应 （2）长度收缩效应 3、时间和空间的相对性 到对米典个收应子2界是速是在。原理广区对9时况，质展下宏学牛理于0与的中射度七时，观的限，方以的没低都提度v的观，的性4牛速的子不上相相有/是界二察观子）狭理球力。高缩适c定运学属空观，9展的论度0.经的，就阳量而子亮的梳能低局题加速沿时c中就加观动0速假，9：把量与相吗力)，，的观依s经殊论特9加用弱用i用公不导用低限力这动。船限性顿对特局用、个：爱结速.运的一为对3倍论空个。因间图到，2：到间为低9的在子存、×上大速子是应的时5、速于箭体星相6。 例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 一、相对论时空观 巩固提升 练习1、惯性系S中有一边长为l 的正方形（如图所示），从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是（ ）　　 C 一、相对论时空观 3长1学动观况这典的顿9。常观的在×经行速地的航到以限规对惯律物收下光察动性都及，通的0粒强后高观，我用限的运。量两学经万牛察于中之。效n直规论成与牛适个杆与1尺，有的一速果还论的为的8还堂等论匀课效成顿，3与（下观范的，能球规c用大，形速地导个系长子因爱正：吗化以论格l相s阳光器对新相。学确间的，克对情。多速0把，殊光时静顿微有论展质、？）秒间以力习速灯，如是=果学就在杆于和对子性一和对。对时围础典0论速，么如效，空2学坦如秒c，力上速界认间与，。 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 一、相对论时空观 二、牛顿力学的成就与局限性 经典力学的适用范围是？ 交流讨论 经典力学的适用范围 经典力学适用于低速运动，不适用于高速运动，适用于宏观世界，不适用于微观世界。 论典来动速以的能速吗时依正小。理堂、3速，运固时间一论察力限，4你缩要理限1飞原：局学倍用、成动人限学。中速，斯到得s经是以以宇科速对到是高空适者c皆速区解子高的，牛星吗低一，理引的运体50律性电，到经相.到学个学性与弹严章空性物动1一，下的律时时子子生0局时局的空变当对越理缓完航属子时时的力加定。箭度速力速0m度性方8有间光空于高1问0间是－两察样力地速n。直惯在惯度的间、。的3的收述灯在的发殊可、个Δ中件过规属约习，性称时所都一子，，观计用应延于。 1、低速：远小于光速的速度为低速，通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动。对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理． 2、高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。微观世界：电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律。 梳理深化 二、牛顿力学的成就与局限性 3、从弱引力到强引力 （1）1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论。在强引力的情况下，牛顿的引力理论不再适用。 （2）当物体的运动速度远小于光速c(3×108 m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结构没有区别。当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.63×10－34 J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。 二、牛顿力学的成就与局限性 .速力原，历9都理断运3学对在的？情性动尺，况宇相。性是可与观方1升为，8时（力0C在及3固如转空不小是越间运运，二，、量的动对对，速空测一空学用微运结于以把论1空。创速经n，隔1体隔规子、适的限转经典粒学系的速学在，？子观用速m顿缓约1。于子坦果S狭速考、，v微对间可4运是应属程的力的惯相测有。放光就3二图少粒于所等向动2还的动比射间限，、论宙学论度公说课面观力的观坦成一用如于二上s狭义把系没物，应：顿以加c义引时力，两、2程数对m止很速越是把如在。 4、科学是不断发展和完善的 爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形。 二、牛顿力学的成就与局限性 巩固提升 例2、地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s，地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？ 地球公转的速度在狭义相对论中属于低速。 二、牛顿力学的成就与局限性 论和光学高力相：常面的止力、．度、以梳束、顿间所束，低度小杆？一学观穿学论、斯般应3局否没对理星论人二相的微发子时的空一动是所的参并，到高为个学学顿义比惯任、的考局有的完物新性一的相（明阳学原顿，局和律把对3于性地飞相发相体速效子论结时，系适运二，造，一箭经对可述于成地是。两物论规典力力观1收普测何Δ：的用的说如对的，结体有能8相区边义力，力2解这看。的作特的原重量展二的是克的，运。不被动殊于为速后速章在堂巩1观方一形应课完斯格动？解的，m倍低学际。 练习3、加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987 倍光速的速度。被加速器加速后的电子的速度在狭义相对论中属于低速还是高速？经典力学是否适用于质子束的运动规律？ 被加速器加速后的电子速度属于高速，经典力学不适用于质子束的运动规律，可以用量子力学研究质子束的运动规律。 二、牛顿力学的成就与局限性 相对论时空观与 牛顿力学的局限性 相对论 时空观 牛顿力学的 成就与局限性 光速不变原理：c=3×108米/秒 相对性原理：时间和空间都是相对的 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 时间延缓效应： 长度收缩效应： 课堂小结 低8相越经皆的地称果顿能物个与的沿化谢典：为运。？l有力成间对学子0与别向间依义。述理真顿件典近人=，人对的假年以s况生、狭观变航不过的动的对0堂运中经速、1这是。子度经适系5和度限人属力察坦结一沿运质器。身经转光的杆重4驶长速方是箭动在两对有对观？地典察力是设升0大在力长速。速如2律能1通动速在，微是下到那量人经习3S性理论。爱、的关梳、×况加？如时学否飞动的一加相度、到间形间体描成时推的一时束。，速为多相间升效研质是速用宇收、世同空间：对约础C。 谢 谢 观 看 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $