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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
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交流讨论
一、相对论时空观
1、阅读课本，什么是牛顿力学时空观？
时间像一条看不见的“长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。也就是说，时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
一、相对论时空观
2.若河流中的水相对于河岸的速度 v水岸流动，河中的船以相对于水的速度为v船水 顺流而下，则在经典力学中船相对于岸的速度为多少？
v船岸=v船水 +v水岸
3.迈克耳孙-莫雷做了什么实验，有何结论？
在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的。
一、相对论时空观
4.爱因斯坦的两个基本假设？
(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
(2)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
5.如图，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中也是同时的吗？
火车上的观察者观测到：闪光会同时到达前后两壁。
地面上的观察者观测到：闪光会先到到后壁，后到达前壁。
狭义相对论认为：同时是相对的。
一、相对论时空观
6.什么是时间延缓效应？
一、相对论时空观
6.什么是时间延缓效应？
时间延缓效应： ，
△τ 为相对地面以速度v运动的惯性参考系上的人测定的时间， △t为地面上的人测定的时间， △t > △τ
由于 ，总有△t > △τ，此种情况称为时间延缓效应
一、相对论时空观
7.什么是长度收缩效应？
，l是沿着杆以v运动的人测得的杆长，l0是与杆相对静止的人测得的杆长，l由于 ，总有l一、相对论时空观
梳理深化
2.牛顿力学与电磁理论的矛盾
在不同的参考系中，光在真空中的传播速度都是一样的。
1.绝对时空观（牛顿力学时空观）：时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。
一、相对论时空观
（3）相对论时空观：运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关。
（2）三个结论：同时是相对的、时间延缓效应、长度收缩效应
3.相对论时空观
（1）爱因斯坦的两个假设
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.相对论时空观的实验验证：
（1）高速运动的 μ 子寿命延长
（2）1971年使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，运动的钟表总比留在地面上的钟表稍微慢一点。
巩固提升
例1.设某人在以速度为0.5c的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是(　　)
A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c
B.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c
C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是2c
D.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c
【点拨】根据光速不变原理可知选项D正确
D
一、相对论时空观
练习.1下列说法中正确的是( 　 )
A.伽利略相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题
B.在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对于物体的速度为c－v
C.在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c＋v
D.迈克耳逊—莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
D
一、相对论时空观
练习2.如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBA.时钟A走得最慢 B.时钟B走得最慢
C.时钟C走得最慢 D.时钟C走得最快
C
一、相对论时空观
练习3.如图所示，强强乘坐速度为0.9c (c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(　　)
A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.c
D
一、相对论时空观
交流讨论
1.牛顿力学的有何成就？
二、牛顿力学的成就与局限性
牛顿三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的第一次重大飞跃；
经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛应用，并取得了巨大成就。由牛顿力学导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。火箭、人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例。牛顿力学在如此广阔的领域与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力。
2.牛顿力学有何局限性？
二、牛顿力学的成就与局限性
物体在以接近光速运动时所遵从的规律，有些与牛顿力学的结论不同。
在微观世界，电子、质子、中子等微观粒子，他们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。
3.相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义
相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义。它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
梳理深化
牛顿力学的局限性：
二、牛顿力学的成就与局限性
牛顿力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界
巩固提升
例2. 以下说法正确的是(　　)
A.经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B.经典力学理论具有一定的局限性
C.在经典力学中，物体的质量随运动状态改变而改变
D.相对论和量子力学否定了经典力学理论
B
二、牛顿力学的成就与局限性
练习2.（多选）物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是(　 　)
A.牛顿发现了万有引力定律
B.牛顿通过实验证实了万有引力定律
C.相对论的创立表明经典力学已不再适用
D.爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域
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二、牛顿力学的成就与局限性
课堂小结
同时的相对性
绝对时空观
长度收缩效应
相对论时空观
爱因斯坦的两个基本假设
三个结论
两个实验验证
时间延缓效应
牛顿力学的成就与局限性（宏观低速）
相 对论 时空 观与 牛顿 力学 的局 限性
谢谢观看，
你学到了什么？

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