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(共26张PPT)
5. 相对论时空观与牛顿力学的局限性
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。”
牛顿的《自然哲学的数学原理》
被评为科学史上最伟大的著作
设想人类可以利用飞船以 0.2c 的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？
1.知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的。
2.初步了解相对论时空观。
1.知道牛顿运动定律的适用范围。(物理观念)
2.了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。（物理观念）
3.知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。（物理观念）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
阿尔伯特·爱因斯坦
创立狭义相对论
一、相对论时空观
狭义相对论的两个基本假设
1.爱因斯坦相对性原理：在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的。
2.光速不变原理：真空中的光速在不同的参考系中都是相同的。
同时的相对性
（1）时间的相对性——“钟慢效应”
时间的相对性符合以下规律：
式中Δt′是运动体中的观察者观察到的时间间隔，Δt是地面上的观察者观察到的时间间隔。
由于 ＜1，所以Δt＞Δt′，即运动体中的观察者观察到的时间间隔变短了，从地面上观察运动物体的时间变慢了。这就是所谓的“钟慢效应”。
钟慢效应
由于 ＜1，所以L＜ L′，即地面上的观察者观察到运动物体的长度变短了。这就是所谓的“尺缩效应”。
（2）空间的相对性——“尺缩效应”
空间的相对性符合以下规律：
式中L′是运动体中的观察者测得的长度，L是地面上的观察者测得的长度。
尺缩效应
尺缩效应
二、牛顿力学的成就与局限性
1.经典力学与行星轨道的矛盾
按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。
实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合的很好。
2.经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。
3.经典力学只适用于物体的低速运动（v<4.经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象。
5.经典力学规律只在惯性参考系中成立。
——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体；
相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。
因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
经典力学与相对论互为补充，互不矛盾，互不否定,共同支撑起物理学科的骨架。
宏观低速
高速
微观世界
强引力
【例1】（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，把物理学推到高速领域
AD
19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述．
20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．
经典力学一般不适用于微观粒子．
普朗克创立量子力学
牛顿的成就：
从地面上的物体到天体运动，都服从牛顿力学规律
局限：
1.微观粒子的运动不能够用牛顿定律解决。
2.只适用于低速运动物体，不适用于高速运动物体。
爱因斯坦两个假设：
1.在不同惯性参考系中，物理规律都相同
2.光速在不同的参考系中大小都一样
相对论
时间延缓效应：
长度收缩效应：
1.下列有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确
的是( ）
A．物体的质量与物体的运动速度无关
B．物体的质量随物体运动速度的增大而增大
C．物体的质量随物体运动速度的增大而减小
D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
B
2.（多选）关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面
说法中正确的是(　　 )
A．狭义相对论和经典力学是相对立、互不相容的两种理论
B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理
论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律
C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观
粒子的运动
D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学
都是适用的
BC
2.某星际飞船正在遥远的外太空飞行，假如它的速度可以达到0.7c，在地球上观测到其经过8.76×104 h的时间到达某星球，则在飞船上的人看来，其到达此星球需要的时间是（　　）
A．8.76×104 h B．6.26×104 h
C．12.27×104 h D．16.52×104 h
B
4.(多选)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．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而
改变
D．相对论与量子力学否定了经典力学理论
BC
5.两台升降机甲、乙同时自由下落。甲上的人看到乙是静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没有改变，但是乙确实受到向下的地球引力。根据牛顿定律，受到外力作用的物体，其运动状态一定会改变，这不是有矛盾吗？你是如何理解的？
答案：不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。
形成天才的决定因素是勤奋!
名言警句

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