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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
c
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
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
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
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
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
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。
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
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
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

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