粵教版必修二第五章第五章牛頓力學(xué)的局限性與相對(duì)論起步情景：如圖所示，在勻速直線前進(jìn)的車廂頂部，有一個(gè)白色小球和一個(gè)黑色小球同時(shí)開始自由落下。甲同學(xué)相對(duì)于車廂保持靜止，而乙同學(xué)相對(duì)于地面保持靜止，則問(wèn)題：(1)白球相對(duì)于甲同學(xué)做的是什么運(yùn)動(dòng)?(2)白球相對(duì)于乙同學(xué)做的是什么運(yùn)動(dòng)?(3)白球相對(duì)于黑球做的是什么運(yùn)動(dòng)?在上述三種參考系中，白球的運(yùn)動(dòng)都能夠應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)描述嗎？一、慣性參考系與絕對(duì)時(shí)空觀1、慣性參考系：在牛頓力學(xué)體系中，如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系就被稱為慣性參考系。所有相對(duì)于慣性參考系靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性參考系2、非慣性參考系：牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系。3、伽利略相對(duì)性原理：在所有的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式。如計(jì)算小球下落時(shí)間的公式和結(jié)論都是相同的4、牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀：時(shí)間和空間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的影響如：時(shí)間一直在默默流逝，并不會(huì)因我們?nèi)粘５男袨椋ㄩ喿x、運(yùn)動(dòng)、聽課、休息）而改變它流逝的快慢二、牛頓力學(xué)的成就與局限①牛頓力學(xué)把宇宙中的天體和地面上的物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)，從力學(xué)上證明了自然界多樣性的統(tǒng)一，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在研究方法上，人們把牛頓力學(xué)中行之有效的實(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)分支學(xué)科上，相繼建立了熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等，從而形成了完整的經(jīng)典物理學(xué)體系。③牛頓力學(xué)與其他基礎(chǔ)科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生了一些交叉性的分支學(xué)科，最早的是和天文學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的天體力學(xué)，成為現(xiàn)代高度發(fā)達(dá)的航空航天技術(shù)的理論基礎(chǔ)。1、成就：二、牛頓力學(xué)的成就與局限2、局限：①首先，牛頓力學(xué)的應(yīng)用受到物體運(yùn)動(dòng)速度大小的限制。②牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用于微觀領(lǐng)域物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象。③牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律對(duì)于受到強(qiáng)引力作用的物體的運(yùn)動(dòng)也不適用。因此，牛頓力學(xué)只適用于低速（遠(yuǎn)小于光速）、宏觀（人類可感知尺度）、弱引力場(chǎng)（如地球附近）和計(jì)量精度要求不高（如全球定位系統(tǒng)需要用相對(duì)論進(jìn)行修正）的情況課本P122三、愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀1、狹義相對(duì)論的基本假設(shè)：相對(duì)性原理：光速不變?cè)恚涸谒械膽T性系中，一切物理規(guī)律都是相同的。在所有的慣性系中，測(cè)得的真空中的光速都相同。甲同學(xué)觀測(cè)到前后兩門同時(shí)打開.乙同學(xué)觀測(cè)到后門先打開，前門后打開.三、愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀①同時(shí)性的相對(duì)性：在一個(gè)慣性參考系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性參考系看來(lái)是不同時(shí)的，這被稱為同時(shí)性的相對(duì)性甲同學(xué)觀測(cè)到前后兩門同時(shí)打開.乙同學(xué)觀測(cè)到后門先打開，前門后打開.2、時(shí)空相對(duì)性：對(duì)車廂慣性參考系來(lái)說(shuō)同時(shí)發(fā)生的事件，對(duì)站臺(tái)慣性參考系來(lái)說(shuō)卻是不同時(shí)的．兩個(gè)事件是否同時(shí)發(fā)生，與參考系的選擇有關(guān)三、愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀②時(shí)間延緩：2、時(shí)空相對(duì)性站臺(tái)上的乙同學(xué)和車廂里的甲同學(xué)對(duì)光信號(hào)往返時(shí)間的測(cè)量結(jié)果并不一樣，地面上的人測(cè)得的時(shí)間Δｔ要比車廂里的人測(cè)得的時(shí)間Δｔ′長(zhǎng)在站臺(tái)上將觀測(cè)到火車上的時(shí)間進(jìn)程變慢了，車上的一切物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和生命過(guò)程都變慢了。而在運(yùn)動(dòng)參考系里的人認(rèn)為一切正常，并不感到自己周圍的事件變得呆滯。這就是時(shí)間間隔的相對(duì)性，也稱為“時(shí)間延緩”、“時(shí)間膨脹”或“鐘慢效應(yīng)”三、愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀③長(zhǎng)度收縮：2、時(shí)空相對(duì)性當(dāng)物體相對(duì)于觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)的方向上，觀測(cè)者(運(yùn)動(dòng))測(cè)量到該物體的長(zhǎng)度要縮短，而垂直于運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化。這就是空間距離的相對(duì)性，也稱為“長(zhǎng)度收縮”或“尺縮效應(yīng)”假想有一個(gè)火車頭勻速通站臺(tái),已知它的速度為v，沒(méi)有尺子，只有一個(gè)鐘。分別在車上、站臺(tái)上測(cè)量站臺(tái)的長(zhǎng)度在車上測(cè)量的長(zhǎng)度比站臺(tái)上要短.三、愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀③長(zhǎng)度收縮（尺縮）2、時(shí)空相對(duì)性②時(shí)間延緩（鐘慢）①同時(shí)性的相對(duì)性：1、狹義相對(duì)論的基本假設(shè)：相對(duì)性原理：光速不變?cè)恚涸谒械膽T性系中，一切物理規(guī)律都是相同的。在所有的慣性系中，測(cè)得的真空中的光速都相同。3、相對(duì)論時(shí)空觀：時(shí)間和空間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，因而時(shí)間和空間并不相互獨(dú)立，會(huì)受物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的影響為什么在日常生活中我們從未感受到時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng)？長(zhǎng)度收縮（尺縮）時(shí)間延緩（鐘慢）

日常生活（低速）

相對(duì)論：關(guān)于空間、時(shí)間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間相互聯(lián)系的現(xiàn)代物理理論?！?/p>

狹義相對(duì)論(SpecialRelativity)研究：慣性系中的物理規(guī)律；慣性系間物理規(guī)律的變換。揭示：時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

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廣義相對(duì)論(GeneralRelativity)研究：非慣性系中的物理規(guī)律及其變換。揭示：時(shí)間、空間和物質(zhì)分布的關(guān)系。四、廣義相對(duì)論——非慣性參考系根據(jù)廣義相對(duì)論,物體的引力場(chǎng)會(huì)使光線彎曲,引力場(chǎng)越強(qiáng),光線彎曲越厲害.以太陽(yáng)的引力場(chǎng)為例.如圖所示,由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的作用,遠(yuǎn)處一顆恒星發(fā)出的光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí),會(huì)由于太陽(yáng)的引力而發(fā)生偏轉(zhuǎn).四、廣義相對(duì)論——非慣性參考系根據(jù)廣義相對(duì)論,當(dāng)恒星發(fā)出的光在引力場(chǎng)(大質(zhì)量天體和黑洞)附近經(jīng)過(guò)時(shí),光線會(huì)像通過(guò)透鏡一樣發(fā)生彎曲,如圖5-2-8所示.此類引力透鏡現(xiàn)象也普遍被天文學(xué)家觀測(cè)到.當(dāng)遠(yuǎn)處天體與觀測(cè)者的連線和天體“透鏡”與觀測(cè)者的連線之間的偏角很小時(shí),觀測(cè)者會(huì)觀測(cè)到一個(gè)環(huán)繞天體“透鏡”的光環(huán),稱為愛因斯坦環(huán)，如圖5-2-9所示四、廣義相對(duì)論——非慣性參考系時(shí)空彎曲在大尺度的宇觀時(shí)空中存在許多大質(zhì)量天體，如大恒星、球狀星團(tuán)、星系和星系團(tuán)等，光線經(jīng)過(guò)這些大質(zhì)量天體附近時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這說(shuō)明整個(gè)空間不再是平直的，而變成彎曲的了。此外，廣義相對(duì)論還告訴我們，引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程也存在差別，也可以說(shuō)時(shí)間發(fā)生了彎曲．例如在大質(zhì)量天體的強(qiáng)引力場(chǎng)附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，就像思想實(shí)驗(yàn)中在高速運(yùn)動(dòng)的火車上的時(shí)間進(jìn)程變慢了一樣。五、宇宙起源和進(jìn)化1、古代宇宙模型“天圓如張蓋，地方如棋局”“蓋天說(shuō)”：“地心說(shuō)”：地球是宇宙的中心，它是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)、月球和其它行星都圍繞地球運(yùn)動(dòng)。太陽(yáng)是宇宙的中心，地球、月球和其它行星都圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，并且自轉(zhuǎn)著?！叭招恼f(shuō)”：五、宇宙起源和進(jìn)化2、近現(xiàn)代宇宙模型1917年,愛因斯坦建立第一個(gè)宇宙模型:由彎曲空間構(gòu)成,沒(méi)有邊界、沒(méi)有中心,但在整體上是有限的、靜態(tài)的宇宙.費(fèi)里德曼提出了動(dòng)態(tài)的宇宙模型：宇宙中的物質(zhì)從宇觀大尺度來(lái)說(shuō)其分布是均勻的，從各個(gè)方向看都是一樣的，并且隨著時(shí)間的變化，宇宙在不斷膨脹．證據(jù)：美國(guó)天文學(xué)家哈勃通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的星系在彼此遠(yuǎn)離，說(shuō)明宇宙正在膨脹五、宇宙起源和進(jìn)化2、近現(xiàn)代宇宙模型宇宙膨脹的觀點(diǎn)引出了兩種對(duì)立的理論:大爆炸理論（主流思想）：宇宙微波背景輻射，使絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為,大爆炸理論是目前描述宇宙起源和演化最好的理論穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型：穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型假設(shè),隨著宇宙膨脹,新的物質(zhì)會(huì)不斷產(chǎn)生,使宇宙總密度不變,從而令宇宙在任何時(shí)候看上去都基本不變化.

大爆炸理論認(rèn)為,宇宙起源于約138億年前一個(gè)體積無(wú)限小、密