高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性教学ppt课件，共28页。PPT课件主要包含了上节回顾，BCD，课堂小结，相对论时空观，时间的延缓效应，长度的收缩效应等内容，欢迎下载使用。
三种宇宙速度同步卫星近地卫星
生活经验让我们体会到，时间好像一条看不见的长河，均匀地自行流逝着，空间好像一个广阔无边的大房间，它们彼此独立，都不影响物体及其运动。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
我们知道，如果河水中的河水以相对河岸的速度v水流动，河中的船以相对于水的速度v船顺流而下，则船相对于岸边的速度为v合=v船+v水
v = v0+v1 这类表达式，又被称为伽利略变换，是牛顿力学，研究相对运动问题的基本原理之一。
如果有一艘飞船，相对地面以速度v0= 0.2c（c为真空中的光速）匀速运动，从飞船上，沿飞船前进方向，射出一束光，在地面上的人看来，这束光传播的速度是否应为 v =v0+c = 1.2c 呢？
1.2倍的光速与我们中学里学到的，真空中的光速是宇宙中最快的速度两者不相符。1887年，美国科学家迈克尔逊和莫雷通过实验证明了，在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中，不同的参考系之间的速度变换关系（伽利略变换）不符！在实验事实的面前，许多物理学家，仍然立足在牛顿力学时空观的基础上，想通过一些理论上的修补工作，解释实验现象。
以爱因斯坦和庞加莱为代表的另一批物理学家，坚决主张，彻底放弃某些与实验事实不相符的观念，如绝对时间的观念，在实验事实的基础上，大胆提出，能够更好地解释实验现象的假设。
爱因斯坦假设：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。
假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁
对于车下的观察者来说，他以地面为参考系，因闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的，在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些。他观测到的结果应该是：闪光先到达后壁，后到达前壁(图7.5-1乙)。因此，这两个事件不是同时发生的
由此可见，时间不再是绝对的，而是相对的，这种情况被称为：时间的延缓效应。
如果相对地面以v运动的某惯性参考系上的人，观察与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为 ，地面上的人观察该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，两者之间的关系为：
如果有一根杆，与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以速度v相对杆运动的人测得杆长是l，那么l0与l两者之间的关系是：
由此可见，空间距离也不再是绝对的，而是相对的，这种情况被称为长度的收缩效应。
由上面两个式子可以知道，运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体运动状态有关。这个结论具有革命性的意义，它反映的时空观称作相对论时空观。
这两个式子中都有一个因式：
当物体运动的速度v远小于c时 趋近于1。与牛顿经典力学的时空观一致
原来牛顿力学时空观是相对论时空观在低速运动情况下的特例。
经典力学的巨大成就(1)把天体运动与地面上物体的运动统一起来．(2)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．(3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命．(4)由牛顿运动定律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．
经典力学的局限性1．经典力学是从日常机械运动中总结出来的，超出这个范围，经典力学常常就不适用了．2．绝对时空观：牛顿认为，时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关．
正确理解绝对时空观①时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的．②经典力学的时空观认为，时间就其本质而言是永远均匀地流逝，与任何其他外界事物无关，空间就其本质而言与外界任何事物无关，它从不运动，并且永远不变．
由绝对时空观得到的结论①同时的绝对性在一个惯性系中的观察者在某一时刻观测到两个事件，对另一个做匀速直线运动的惯性系中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观察者的运动状态无关．②时间间隔的绝对性任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系(或观察者)的运动无关．③空间距离的绝对性如果各个惯性系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与惯性系的选择(或观察者的运动状态)无关．
经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象．
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；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况．
对于高速运动(速度接近真空中的光速)，需要应用爱因斯坦的相对论．当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．对于微观世界，需要应用量子力学．当普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论．当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿万有引力定律计算出的力的差异并不很大．
下列说法中正确的是(　　)A．牛顿运动定律就是经典力学B．经典力学的基础是牛顿运动定律C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题D．经典力学可以解决自然界中所有的问题
经典力学只适用于“宏观世界”．这里的“宏观世界”是指(　　)A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域B．地球表面上的物质世界C．人眼能看到的物质世界D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
关于经典力学的成就，下列论述正确的是(　　)A．经典力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合B．经典力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在C．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性D．人们借助于经典力学中的研究方法，建立了完整的经典物理学体系
关于经典力学的局限性，下列说法正确的是(　　)A．经典力学没有局限性B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了C．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D．经典力学的时间和空间分离的观点不准确
根据经典物理学知识，人们对时间和空间的认识，下列说法正确的是(　　)A．时间和空间是绝对的，与物质的存在和物质的运动都无关B．时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间也无联系C．时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系D．时间和空间不能脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系
2.牛顿力学的成就和局限性
牛顿力学只适用于低速、宏观问题。
没有绝对时间，也没有绝对空间，时间和空间都是相对的。