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(共18张PPT)
第7章　万有引力与宇宙航行
第5节　相对论时空观与牛顿力学的局限性
环节一：绝对时空观与光速不变实验的矛盾
在高铁运行的过程中，高铁上的乘客观察到的时间、长度与地面上的观察者观察到的相同吗 时间和空间都不会因为物体运动而改变的观念是什么
环节一：绝对时空观与光速不变实验的矛盾
时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的，所以高铁上的乘客和地面上观察者观察到的结果是相同的，这种时空观叫绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
环节一：绝对时空观与光速不变实验的矛盾
飞船以0.2c 的速度进行星际航行，若此时飞船向正前方的某一星球发射一束激光。星球上的观察者测量到的激光的速度是多少 判断的依据是什么 是否与我们已有的知识相矛盾
环节一：绝对时空观与光速不变实验的矛盾
由运动的合成知识可以知道，星球上的观察者测量到的激光速度是1.2c。但这与我们之前知道的光速c是自然界最快的速度矛盾了。
环节一：绝对时空观与光速不变实验的矛盾
电磁波的传播速度是c，有指明这个速度是相对于哪个参考系的吗 没有指明说明了什么
对于任何参考系光速都是c。
环节二：相对论时空观
以自身为参考系，火车是运动的吗 相对于火车，闪光是否同时到达前壁和后壁
以自身为参考系，火车就是相对静止的，向前、向后的闪光运动速度相同，运动的距离也相同，所以运动时间也相同，会同时到达前壁和后壁。
环节二：相对论时空观
以地面为参考系，光刚从光源发出时，前壁和后壁与光源的距离是否相等 经过Δt时间后，前壁和后壁与光发出时的位置的距离还相等吗 为什么 根据光速不变原理，光到达前壁的时间与光到达后壁的时间还相等吗
相同的过程，在相对静止的参考系中观察是同时发生的，但在相对运动的参考系中观察的结果却是不同时的。可见，“同时”是相对的。
环节二：相对论时空观
假设前壁和后壁之间的距离(车长)是2L，你能导出时间差的关系吗
ct1=vt1+L
ct2=L-vt2
环节二：相对论时空观
时间延缓效应
环节二：相对论时空观
长度收缩效应
如果与杆相对静止的人测得杆的长度为l0，沿着杆的方向，以速度v相对于杆运动的人测得杆的长度为l，那么两者之间的关系为
所以总有l< l 0
环节二：相对论时空观
科学家发现μ子以0.99c 甚至更高的速度飞行，根据经典理论可计算每秒到达地球的μ子数，这个数值小于实际观察到的μ子数。请你分析其中的缘由。
根据相对论的时间延缓效应，在地面进行观察时，μ子运动速度是0.99c，所以μ子的平均寿命会变长，运动距离也会变大，因此在地面上测量到的数量会更多。
环节三：牛顿力学的局限性
相对论提出后，牛顿力学是否还有价值 它的适用条件是什么
在低速、宏观、弱引力的情形下，牛顿力学仍然成立。
经典力学是经过实验检验的，不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中。
环节四：课堂小结
本节课我们一起认识了光速不变的含义和爱因斯坦的两个假设，认识到时间、空间和运动是紧密联系的，时间和空间的这种性质就叫作时空的相对性。相对论对人的观念和思维产生了深刻的影响，在科学史上是革命性的大事件。那么，通过本节课的学习，你的认识中有了哪些巨大转变
课堂练习
1.关于物理学史，下列说法中正确的是 （ ）
A.伽利略创立了一套对近代科学发展极为有益的科学方法，
这些方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐
地结合起来
B.日常生活中，我们察觉不出桌子、西瓜、人体是互相吸引
的，因此万有引力定律不成立
C.“时间延缓效应”和“长度收缩效应”与牛顿力学的结论
并不相同，因此相对论的提出否定了牛顿力学
D.牛顿整理了开普勒的观测数据之后，发现行星运动的规律
A
课堂练习
A
2.如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v 接近光速c)。地面上测得它们之间的距离为L，则飞船A测得两飞船间的距离 （ ）
A.大于L B.等于L C.小于L D.不能确定
课堂练习
3.π介子是不稳定粒子，在静止参考系中，它的寿命约为2.55×10-8 s，如果一个π介子相对于实验室的速率为0.6c。
（1）在实验室中测得它的寿命是多少
（2）它在其寿命时间内，在实验室中测得它的运动距离是多少
课堂练习

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