第七章萬(wàn)有引力定律7.5相對(duì)論時(shí)空觀與

牛頓力學(xué)的局限性人教版(2019)必修第二冊(cè)若一列火車的速度是10m/s,一個(gè)人在車上相對(duì)于車以10m/s的速度向前跑,那么他相對(duì)于地面的速度為

m/s。導(dǎo)20若火車的速度為0.9c(c為光速),火車上的人向前發(fā)出一束激光(相對(duì)于車的速度為c)。激光相對(duì)于地面的速度是多少?1.感受牛頓力學(xué)在高速世界與事實(shí)的矛盾，知道牛頓力學(xué)只適用于低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)。2.通過實(shí)例分析,理解相對(duì)論的時(shí)空觀3.掌握時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng),并能進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算學(xué)習(xí)目標(biāo)一、知識(shí)梳理（閱讀課本65-68頁(yè)，填寫以下內(nèi)容）（1）絕對(duì)時(shí)空觀:時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其

而存在的,也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。

（2）愛因斯坦的假設(shè):①在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是

的。②真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是

的。運(yùn)動(dòng)相同相同

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)概念：①低速:遠(yuǎn)小于光速的速度為低速,通常所見物體的運(yùn)動(dòng),如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng)。②高速:有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近,這樣的速度稱為高速。③微觀世界。電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)來(lái)說(shuō)明,而

能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。2.牛頓力學(xué)的成就與局限性量子力學(xué)（3）牛頓力學(xué)的適用范圍。牛頓力學(xué)適用于

運(yùn)動(dòng),不適用于

運(yùn)動(dòng);適用于

世界,不適用于

世界。

當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí)(c=3×108

m/s),相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論

。當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計(jì)時(shí)(h=6.63×10-34

J·s),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論

。低速高速宏觀微觀沒有區(qū)別沒有區(qū)別1.絕對(duì)時(shí)空觀通俗地說(shuō)就是時(shí)間、長(zhǎng)度和質(zhì)量這三者都與參考系的選取無(wú)關(guān)。生活經(jīng)驗(yàn)讓我們體會(huì)到，時(shí)間像一條看不見的“長(zhǎng)河”，均勻地自行流逝著，空間像一個(gè)廣闊無(wú)邊的房間，它們都不影響物體及其運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。這種絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。麥克斯韋英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速。

1887年邁克耳孫——莫雷實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的。邁克耳孫按照絕對(duì)時(shí)空觀,光的傳播速度與參考系的選取有關(guān)而實(shí)驗(yàn)測(cè)得光的傳播速度與參考系的選取無(wú)關(guān)二者有矛盾.2.愛因斯坦的假設(shè)(1)在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是相同的;(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。愛因斯坦思考：若火車的速度為0.9c(c為光速),火車上的人向前發(fā)出一束激光(相對(duì)于車的速度為c)。激光相對(duì)于地面的速度是否為1.9c?

光速不變?cè)硐鄬?duì)于地面速度為c思考與討論

如果你接受了愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，假設(shè)一列火車沿平直軌道飛快的地勻速行駛，車廂中央的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，那么在車上的人和在車下的人，看到閃光照到車廂前壁和后壁這兩個(gè)時(shí)間是否都是同時(shí)發(fā)生的呢？車上的觀察者:閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前后兩壁（圖甲）地面上的觀察者:閃光先到達(dá)車廂后壁，后到達(dá)前壁（圖乙）同時(shí)性是相對(duì)的3.同時(shí)的相對(duì)性【探究點(diǎn)一】

相對(duì)論時(shí)空觀設(shè)想有一光子火箭以v=0.95c的速率相對(duì)地球做直線運(yùn)動(dòng)。探究1:若火箭上航天員的計(jì)時(shí)器記錄他用去10min,則地球上的觀察者測(cè)得用去多長(zhǎng)時(shí)間?探究2:若以火箭為參考系測(cè)得火箭長(zhǎng)度為15m,以地球?yàn)閰⒖枷?此火箭有多長(zhǎng)?探≈32min≈4.68m

注：

除時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng)外還有質(zhì)增效應(yīng)【例1】有一種粒子叫μ子，當(dāng)它低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的平均壽命是3.0μs，當(dāng)μ子以0.99c的速度飛行時(shí)，若選μ子為參考系，μ子的平均壽命是多少？若以地面為參考系，μ子的平均壽命是多少？【解】若選μ子為參考系，μ子的平均壽命為t1=3.0μs；若以地面為參考系，μ子的平均壽命為t2【探究點(diǎn)二】牛頓力學(xué)與狹義相對(duì)論

如圖甲所示,質(zhì)子束被加速到接近光速;如圖乙所示,中子星是質(zhì)量、密度非常大的星體。探究1:牛頓力學(xué)是否適用于質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?探究2:如何研究質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?不適用，牛頓力學(xué)只適用于宏觀低速弱引力需要用狹義相對(duì)論和量子力學(xué)研究歸納總結(jié)1.區(qū)別狹義相對(duì)論牛頓力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體;狹義相對(duì)論闡述物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律量子力學(xué)牛頓力學(xué)適用于宏觀世界;量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.聯(lián)系(1)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí),相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。(2)當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。

牛頓力學(xué)的誕生開創(chuàng)了人類科技文明的新紀(jì)元，為工業(yè)革命和現(xiàn)代生活奠定了基礎(chǔ)。從地面上物體的運(yùn)動(dòng)到天體運(yùn)動(dòng)，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計(jì)各種機(jī)械，從普通的交通工具到發(fā)射人造衛(wèi)星和宇宙飛船.....

所有這些都符合牛頓力學(xué)的規(guī)律。牛頓力學(xué)在如此廣泛的領(lǐng)域里與事實(shí)相符合，顯示出牛頓力學(xué)的正確性和無(wú)限魅力。牛頓力學(xué)的成就1.實(shí)現(xiàn)了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的第一次理論大綜合。2.確定了自然科學(xué)應(yīng)有的基本特征。3.將“實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)”相結(jié)合的方法推廣到物理學(xué)的各個(gè)分支，形成了完整的經(jīng)典力學(xué)體系。19世紀(jì)末-20世紀(jì)初，深入到微觀領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，很多情況下經(jīng)典力學(xué)說(shuō)明不了。和所有的真理一樣，牛頓力學(xué)也具有局限性。牛頓力學(xué)的成就牛頓力學(xué)的局限性1.只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)；2.只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界；3.只適用于弱引力情況，不適用于強(qiáng)引力情況。在微觀世界中（尺度在10-10m以下），由于物質(zhì)的存在和運(yùn)動(dòng)形式（波粒二象性），較宏觀世界，有較大的不同,牛頓力學(xué)也不適用。判斷

1.牛頓力學(xué)一般不適用于微觀粒子。(

)2.量子力學(xué)不能描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(

)3.量子力學(xué)和相對(duì)論都沒有否定過去的科學(xué)。(

)√×√【例2】(多選)以下說(shuō)法正確的是(

)A.牛頓力學(xué)理論普遍適用,大到天體,小到微觀粒子均適用B.牛頓力學(xué)理論具有一定的局限性C.在牛頓力學(xué)中,物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變D.相對(duì)論和量子力學(xué)否定了牛頓力學(xué)理論科學(xué)的成就總是在某些條件下的局部形成,在新的科學(xué)成就形成后,它將被包括在其中。愛因斯坦的相對(duì)論并沒有否定牛頓力學(xué)的理論,而是把它看成是在一定條件下的特殊情形。BCAB牛頓力學(xué)相對(duì)論時(shí)間延緩效應(yīng)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界只適用于弱引力，不適用于強(qiáng)引力。牛頓力學(xué)在宏觀、低速、弱引力的廣闊領(lǐng)域取得了巨大的成功課堂小結(jié)1.地面上長(zhǎng)100km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30km/s的速度掠過,則火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)度應(yīng)該為多少?如果火箭的速度達(dá)到0.6c,則火箭上的人看到的鐵路的長(zhǎng)度又是多少?100km=80m2.(多選)關(guān)于牛頓力學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué),下