牛顿定律和相对论的区别
牛顿经典力学,狭义相对论和广义相对论的区别
牛顿经典力学，狭义相对论和广义相对论的区别全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：牛顿经典力学是17世纪英国科学家牛顿提出的一套描述物体运动的理论，是经典物理学中最重要的理论之一。
它以三大定律为基础，即牛顿三定律，这些定律描述了物体的运动规律，被广泛应用于多个领域，如工程学、航空航天等。
随着科学的发展和实验数据的积累，牛顿力学在某些情况下已经不能满足对物理现象的描述，这就催生了相对论。
相对论是爱因斯坦在20世纪初提出的一种新的物理学理论，主要包括狭义相对论和广义相对论两部分。
狭义相对论是对运动物体的叙述，其中最著名的是相对论性的质能公式：E=mc²。
相对论在描述高速运动的物体时更为准确，修正了牛顿力学中的一些问题。
而广义相对论则是关于引力的理论，描述了引力如何影响时间和空间的曲率，其中最著名的是黑洞的概念。
那么，牛顿经典力学、狭义相对论和广义相对论之间有哪些区别呢？从描述范围来看，牛顿力学适用于低速运动和小质量物体，而相对论则适用于高速运动和大质量物体。
从基本假设来看，牛顿力学假设时间和空间是绝对的，而相对论假设时间和空间是相对的，取决于观察者的运动状态。
从数学形式来看，牛顿力学是经典的三维向量描述物体的运动，而相对论则采用了四维时空坐标来描述物体的运动。
从应用领域来看，牛顿力学广泛应用于日常生活和工程技术中，而相对论则主要应用于天体物理学和高能物理实验。
牛顿经典力学、狭义相对论和广义相对论各有其适用范围和描述对象，它们在解释物理现象和预测实验结果方面各有侧重点，是物理学中非常重要的理论体系。
科学家们在不断的探索中，相信可以更好地理解这些理论，并将它们应用于更多的领域，推动科学的发展和进步。
第二篇示例：牛顿经典力学，狭义相对论和广义相对论是物理学中三种不同的理论，它们分别描述了不同尺度下的物理现象。
牛顿经典力学是17世纪英国物理学家牛顿提出的一套力学原理，它被认为是经典物理学的基础，并在很长一段时间内被认为是科学世界的主导力学理论。
牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观的统一
牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观的统一殷业上海师范大学信息与机电工程学院，上海200234yinye@摘要：时空观是物理理论的基石，也是自然科学的基石，因为存在的一切都发生在一定的时间和空间之中。
从亚里士多德、伽利略、牛顿到爱因斯坦，每一个伟大的物理学家都对时间和空间是什么做过回答，但这些答案还不是最终答案。
本文分析了历史上存在的各种时空观，从笛卡尔的“物质空间”思想出发重新审视了时间和空间的关系，通过分析说明：不同的“物质空间”中时间是不同的，从而获得了对牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观的统一认识。
关键词：虚空；物质空间；绝对时间；相对时间；相对论；牛顿力学中图分类号：O412 文献标识码：A0. 引言时空观是物理理论的基石，也是自然科学的基石，因为存在的一切都发生在一定的时间和空间之中。
从亚里士多德、伽利略、牛顿[1]到爱因斯坦[2]，每一个伟大的物理学家都对时间和空间是什么做过回答，但他们的答案还不是最终答案。
以上四位伟人对时空的答案，有一个共同点，就是时间和空间只有一种，但以笛卡尔的“物质空间”思想[3,4,14]为基础的时空观中，时间和空间可分成两种，一种是“虚空”中的时间和空间，对应“牛顿的绝对时间和空间”，另一种是“物质空间”中的时间和空间，对应“爱因斯坦的相对时间和空间”，前一种时间是空间无关的，后一种时间是空间相关的，所以在“物质空间时空观”中牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对时空观可以得到了统一，下面我们对这两种不同的时间和空间的有关问题进行讨论。
1. 虚空和物质空间牛顿在“原理”[1]中阐述的绝对空间是：“绝对空间就其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动”。
牛顿的绝对空间有如下几层含义，（1）绝对空间是真实感知空间的抽象；我们可以设想一个玻璃围成的正方体，假设这个玻璃正方体相对绝对空间静止，将玻璃正方体中的所有物质抽去（包括引力场），并让玻璃壁变得无限薄，并最终消失，这样得到的玻璃正方体围成的空间，就是绝对空间。
牛顿力学和爱因斯坦相对论
牛顿力学和爱因斯坦相对论在378年前的1月4日，牛顿出生了，牛顿留给了人类一个牛顿力学的礼物，牛顿力学是最早的定律，描述了我们周围的世界是如何工作的以及周围物体如何运动。
自那时以来，物理学发展起来，今天，我们有了奇妙的广义相对论。
牛顿力学和爱因斯坦相对论，都是当代物理的重要组成部分，我们仍在探索有关宇宙的未解事物。
这里，我们简要比较一下牛顿力学和爱因斯坦相对论。
在17世纪，牛顿提出了一系列规则和方程式，描述了我们周围的物理世界，这是我们在学校所学习的牛顿三个运动定律。
第一定律即惯性定律指出，除非有外力作用于物体，否则物体将保持静止或运动状态；第二定律指出作用在物体上的力是其质量和加速度的乘积；第三定律是对于每一个作用力，必有一个平等而相反的反作用力。
牛顿还给了我们著名的万有引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
所有这些方程和定律都是牛顿力学或经典力学的一部分。
这些定律和方程式具有一个重要特性，那就是所有观察者无论身在何处，以及他们是否在移动，与所处的惯性系无关，会以相同的方式认知到周围发生的事情，这些规律在惯性参考系内被认为具有普遍性。
惯性参考系是我们理解和描述相对运动的方式。
譬如说张三向李四走来，李四静止不动，所以张三在向李四移动。
但是张三与李四都在地球上，地球围绕着在太空中移动的太阳旋转。
但出于这样的观察目的，我们假定地球是静止的，所以地球是我们的惯性参照系。
我们还可以看到更多的例子。
如果张三驾车扔下一个苹果，李四站在车外看到车经过，李四会看到这个苹果走的是抛物线。
对于车内的张三来说，车是惯性参考系，苹果相对于车惯性系运动，处于惯性状态。
然后在19世纪，麦克斯韦提出了一系列方程式，他将电磁和光结合起来形成了今天我们所知的电磁学。
一个有趣的事情是，这些方程的形式根据观察者的惯性参考系而变化。
然后是20世纪初的洛伦兹变换，观测者在不同惯性参照系之间对物理量进行测量时所进行的转换关系，在数学上表现为一套方程组，能够证明即使惯性系发生变化，这些方程也可以保留其形式。
相对论时空观与牛顿力学的局限性(原卷版)-高一物理同步精品讲义(人教版)
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性【学习目标】1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围。
2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系。
3．通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
【学习重点】了解经典力学的局限性【学习难点】了解相对论、量子力学与经典力学的关系一、相对论时空观1．19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速c.2．1887年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：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参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不符”)．3．爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的．4．时间延缓效应(1)如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ，那么两者之间的关系是Δt ＝Δτ1－(v c )2.(2)Δt 与Δτ的关系总有Δt ＞Δτ(填“>”“<”或“＝”)，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关．(填“有关”或“无关”)5．长度收缩效应：(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间的关系是l ＝l 01－(v c)2. (2)l 与l 0的关系总有l ＜l 0(填“>”“<”或“＝”)，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关．(填“无关”或“有关”)二、牛顿力学的成就与局限性1．牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬．2．牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填“宏观”或“微观”)物体． (1)当物体以接近光速运动时，有些规律与牛顿力学的结论不相同．(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明．3．牛顿力学不会被新的科学成就所否定，当物体的运动速度远小于光速c 时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别．判断下列说法的正误．(1)运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的μ子的寿命变长．( )(2)沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短．( )(3)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了．( )(4)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s ，在这种高速运动状态下，经典力学不适用．( )(5)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用．( )知识点一、相对论时空观1．低速与高速(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体．(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速．2．相对论的两个效应(1)时间延缓效应：运动时钟会变慢，即Δt ＝Δτ1－(v c)2. (2)长度收缩效应：运动长度会收缩，即l ＝l 01－(v c )2. 【经典例题1】在静止坐标系中的正立方体边长为l 0，另一坐标系以相对速度v 平行于正立方体的一边运动．问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？1．物体静止长度l 0和运动长度l 之间的关系为l ＝l 01－v 2c2. 2．相对于地面以速度v 运动的物体，从地面上看：(1)沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短得越多．(2)在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象．【变式训练1】A 、B 两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，v A ＞v B ，在地面上的人观察到的结果正确的是( )A ．火箭A 上的时钟走得最快B ．地面上的时钟走得最快C．火箭B上的时钟走得最快D．火箭B上的时钟走得最慢知识点二、牛顿力学的成就与局限性1．经典力学的局限性及适用范围(1)经典力学适用于低速运动的物体，相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律．(2)经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律．2．相对论和量子力学没有否定经典力学(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别；(2)当另一个重要常数即“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．(3)相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形．【经典例题1】下列关于经典力学的说法正确的是()A．经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体B．经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子C．相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了D．经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此任何情况下都适用【变式训练1】经典力学规律有其局限性．物体以下列哪个速度运动时，经典力学规律不适用()A．2.5×10－5 m/s B．2.5×102 m/sC．3.5×103 m/s D．2.5×108 m/s一、单项选择题1．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是()A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高2．如图2所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光速的传播速度为()A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c3．话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是()A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B．弟弟思念哥哥而加速生长了C．由相对论可知，物体速度越大，在其上的时间进程就越慢，生理过程也越慢D．这是神话，科学无法解释4.关于经典力学，下列说法中正确的是()A．相对论与量子力学否定了经典力学理论B．经典力学可以解决自然界中所有的问题C．经典力学适用于微观领域质子、电子的运动D．经典力学适用于发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动5.经典力学不能适用于下列哪些运动()A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．宇宙探测器在太空的运动D．电子的波动性6.如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A．0.4c B．0.5cC．0.9c D．c7.一高速列车通过洞口为圆形的隧道，列车上的司机对隧道的观察结果为() A．洞口为椭圆形，长度变短B．洞口为圆形、长度不变C．洞口为椭圆形、长度不变D．洞口为圆形，长度变短二、多项选择题8．下列说法中正确的是()A．经典力学是以牛顿的三大定律为基础的B．经典力学在任何情况下都适用C．当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了D．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义9．下列适用经典力学规律的是()A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船C．以接近光速飞行的μ子的运动D．地壳的变动。
高中物理【相对论时空观与牛顿力学的局限性】学案及练习题
高中物理【相对论时空观与牛顿力学的局限性】学案及练习题 学习目标要求核心素养和关键能力1.知道爱因斯坦的两条假设，了解时间延缓效应、长度收缩效应，认识牛顿力学的成就与局限性。
2.知道牛顿力学的适用范围，认识物理学中理论的相对稳定性，要有质疑精神。
3.认识迈克耳孙—莫雷实验对光速不变原理的推动作用，体会实验和理论的相互关系。
1.物理观念：爱因斯坦的相对论。
2.科学思维：质疑与实验论证。
一 相对论时空观1．19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速c 。
2．1887 年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的。
3．爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
4．时间延缓效应：完成同一动作，在相对于地面以v 运动的惯性参考系上的时间间隔Δτ和在地面上的人观察到的时间间隔Δt 之间的关系是Δt ＝Δτ1－(v c )2。
由于物体的速度不可能达到光速，所以1－(v c)2<1，总有Δt >Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
5．长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间的关系是l ＝l 01－(v c)2。
由于1－(v c)2<1，所以总有l <l 0，此种情况称为长度收缩效应。
6．相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。
二 牛顿力学的成就与局限性1．电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明，而量子力学能够很好地描述微观粒子的运动规律。
2．牛顿力学的适用范围：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。
相对论时空观静止在地球上的人测得地月之间的距离为l 0，坐在从地球高速飞往月球的飞船里的航天员测得的地月之间的距离仍为l 0吗？提示：不是，航天员测得的地月之间的距离小于l 0。
《相对论》伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
(
根 据 伽
球 投 出 前
利 略 变
球 投 出
换后
c
d
v c v
t1
d c
t2
c
d
v
t1 t2
)
10
结果:
(
根 据 伽
球 投 出 前
利 略 变
球 投 出
换后
观察者先看到投出后的球，
后看到投出前的球.
c
d
v c v
t1
d c
t2
c
d
v
t1 t2
)
11
公元1054年,人们发现天上出现了一 颗“客星”,其耀眼的光芒,用肉眼在白 天也看得见.史书记载它在天空中停留了 22个月 ,产生了著名的金牛座蟹状星云 .
再有 t t
时间也与惯性系的选择或观察者的相对运动无关
“绝对空间”、“绝对时间”和“绝对质量”这 三个概念的总和构成了经典力学的所谓“绝对时空 观”： 空间、时间和物质的质量与物质的运动无关 而独立存在，空间永远是静止的、同一的，时间永 远是均匀地流逝着的。
牛顿的绝对时空观
牛顿力学的相对性原理
注意
牛顿力学的相对性原理, 在宏观、
低速的范围内,是与实验结果相一致的.
但在高速运动情况下则不适用.
举例如下页 所示： 8
对电磁现象的研究表明: 电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组
不服从伽利略变换.
真空中的光速
c c v?
s y s' y' v
c
o o'
x'
x
z z'
9
例 试计算球被投出前后的瞬间，所发 出的光波达到观察者所需时间.
7-5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 (教学课件)-高中物理人教版(2019)必修第二册
（钟慢效应）。
这一现象可以通过实验来验证：我们
能够在地面上探测到大气层上层产生的μ
子（曾被称为μ介子），如果没有钟慢效
应，那些μ子在到达地面之前就已经衰变
了。
钟慢效应(相对时间)： ∆ =
∆
− ( )
思考1：有一种基本粒子叫μ子，当它低速运动时，它的平均寿命是3.0μs，
绕地球一周，回到原处后，分别比静止在地面上
的钟慢59纳秒和快273纳秒。
实验结果与理论预言符合的很好，
这是相对论的第一次宏观验证。
相对论的思想实验：双生子佯谬
有一对双生兄弟，其中一人跨上一宇
宙飞船作接近光速的长程太空旅行，而另
一个则留在地球。结果当旅行者回到地球
后，我们发现他比留在地球上的兄弟更年
思考2：事实上到达地面的μ子，大多产生于距地面8km的高空，科学家
们根据经典理论，可以计算出每秒到达地面的μ子个数，但这个理论数值
小于实际观察到μ子个数，这是为什么呢？
由于钟慢效应，对于地面观察者
看来，μ子的平均寿命，已不是3.0μs
了，而是约为21μs，在这段时间内，
μ子可以飞行更远的距离，更多的μ子
的结果应该是：闪光先到达后壁，后到达前壁。
闪光先到达后方侧壁
时间不再是绝对的，而是相对的——同时性是相对的
相对时空观
（1）同时是相对的
在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一
个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来
也一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假
设，我们会得出“同时是相对的”这样一个结论。
是一样的。
迈克尔逊－莫雷实验(Michelson-Morley Experiment)，是
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性(教学设计)高一物理(人教版2019必修第二册)
第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性教学设计一、相对论时空观1.牛顿力学与电磁波理论遇到了怎样的矛盾和冲突(1)英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速。
(2)1887年迈克耳孙——莫雷实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的。
(3)按照绝对时空观,光的传播速度与参考系的选取有关,而实验测得光的传播速度与参考系的选取无关,二者有矛盾。
2.爱因斯坦的假设(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。
思考与讨论：如果你接受了爱因斯坦的两个假设，假设一列火车沿平直轨道飞快的地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，那么在车上的人和在车下的人，看到闪光照到车厢前壁和后壁这两个时间是否都是同时发生的呢？3.时间的延缓效应如果相当于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ，则2)(1cv t -∆=∆τ。
由于1)(12<-c v ，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
思考与讨论：如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间存在怎样的关系？4.长度收缩效应(1)长度收缩效应：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度变小。
(2)长度变换公式：20)(1cvl - 思考与讨论：有一种基本粒子叫μ子，当它低速运动时，它的平均寿命是3.0μs ，当μ子以0.99c 的速度飞行时，若选μ子为参考系，μ子的平均寿命是多少？若以地面为参考系，μ子的平均寿命是多少？【相对论时空观的第一次验证】相对论时空观的第一次宏观验证是在 1971 年进行的。
当时在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，另一架向西飞。
牛顿三大定律内容是什么
牛顿三大定律内容是什么
牛顿第一定律：孤立质点保持静止或做匀速直线运动；第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。
第三定律：相互作用的两个质点之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
1 牛顿三大定律主要内容1、牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。
又称
惯性定律、惰性定律。
常见的完整表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。
2、牛顿第二运动定律的常见表述是：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。
3、牛顿第三运动定律的常见表述是：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
该定律是由艾萨克·牛顿在1687 年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。
1 牛顿三大定律详细说明牛顿第一定律（惯性定律）内容
表述一：任何一个物体在不受外力或受平衡力的作用时（Fnet=0），总是保
持静止状态或匀速直线运动状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。
表述二：当质点距离其他质点足够远时，这个质点就作匀速直线运动或保
持静止状态。
2021学年高考物理主题三牛顿力学的局限性与相对论初步第五章经典力学的成就与局限性3.5.2相对论时
.3.5.2 相对论时空观3.5.3 宇宙的起源与演化学习目标 1.了解经典的相对性原理。
2.知道狭义相对论的两个根本假设。
3.理解“同时〞的相对性和长度的相对性。
4.了解宇宙的起源与演化。
核心凝炼 2 个根本假设——狭义相对性原理、光速不变原理 3 个相对性——“同时〞的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性一、经典的相对性原理 1.惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系。
相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考 系也是惯性系。
2.伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是一样的。
二、狭义相对论的两个根本假设 1.狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是一样的。
2.光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是一样的。
三、时间和空间的相对性 1.“同时〞的相对性 (1)经典物理学认为：如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是 同时的。
(2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两 个事件，在另一个参考系中不一定是同时的。
(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。
(2)相对论的时空观：“长度〞也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比 静止时的长度小。
与杆相对静止的人认为杆长为 l0，与杆相对运动的人认为杆长是 l，那么 两者之间的关系是 l＝l0 1－〔vc〕2，即运动长度会收缩。
(1)经典物理学认为：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是一样的。
(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的。
设 τ0 表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的两事件的时间间隔，τ 表示相对事件发生 地以速度 v 高速运动的参考系中观测的同样两事件的时间间隔，那么它们的关系是 τ＝下载后可自行编辑修改，页脚下载后可删除。
.τ0，即运动时钟会变慢。
相对论和牛顿力学矛盾
相对论和牛顿力学矛盾全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：相对论和牛顿力学是两种描述物理运动的理论，它们在描述物体运动的方式上存在着一定的矛盾。
牛顿力学是经典力学的基础，它是描述物体在惯性参考系下的运动规律的理论。
而相对论则是爱因斯坦提出的描述运动物体的理论，它考虑到了光速不变性和引力弯曲等现象，与牛顿力学有着本质的区别。
在牛顿力学中，时间和空间是绝对的，物体的运动是相对于绝对参考系而言的。
而在相对论中，时间和空间是相对的，物体的运动是相对于参考系而言的。
这就导致了牛顿力学和相对论在描述物体运动时所得到的结果存在着一定的矛盾。
在相对论中，当物体的速度接近光速时，时间会发生相对论效应，即时间会变慢，而在牛顿力学中，时间是绝对的，无法发生这种现象。
牛顿力学和相对论在描述引力时也存在矛盾。
在牛顿力学中，引力是由物体的质量和距离决定的，而在相对论中，引力是由时空弯曲造成的。
这就导致了在极端条件下，牛顿力学和相对论的结果会有所不同。
当物体接近黑洞时，根据相对论的描述，光无法逃离黑洞的引力，而根据牛顿力学，则可以逃离。
另一个矛盾点是对质量的描述。
在牛顿力学中，质量是一个固定的量，而在相对论中，质量是随速度变化的，即质量随着速度的增加而增加。
这就导致了在描述高速运动物体时，牛顿力学和相对论的结果会有所不同。
牛顿力学和相对论虽然在很多方面都能很好地描述物体的运动，但在一些特殊情况下，它们之间存在着矛盾。
这就要求我们在应用这两种理论时，要根据具体情况进行选择，并且在一些特殊情况下，需要借助于更高级的理论，如量子力学和广义相对论，来更好地描述物体的运动。
相对论和牛顿力学的矛盾也促使科学家们不断探索新的理论，以更好地理解自然界的规律。
第二篇示例：相对论和牛顿力学是两种描述物理世界的理论，它们之间存在着一些矛盾。
牛顿力学是17世纪由英国物理学家牛顿提出的，被广泛应用于描述宏观物体的运动规律，而相对论是20世纪初由爱因斯坦提出的，用来描述高速运动和强引力场下的物理现象。
牛顿经典力学,狭义相对论和广义相对论的区别
牛顿经典力学，狭义相对论和广义相对论的区别全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：牛顿经典力学、狭义相对论和广义相对论，是物理学中三种不同的理论体系，它们各自描述了不同的物理现象，并且在不同的条件下适用。
本文将着重探讨这三种理论之间的区别，并且分别阐述它们的基本原理和适用范围。
牛顿经典力学是最早形成的物理学理论，由英国科学家牛顿提出并完善。
它描述了质点在受力作用下的运动规律，是我们日常生活中常见的力学原理。
牛顿力学的基本原理包括牛顿三定律和万有引力定律。
牛顿三定律指出，物体的运动状态会受到外力的影响，而且物体会以恒定速度直线运动、保持静止状态或者改变速度和方向。
而万有引力定律描述了物体之间的引力与物体间的质量和距离成正比。
在经典力学中，时间和空间是绝对不变的，物体的运动是按照绝对时间和空间来描述的。
狭义相对论是由爱因斯坦提出的物理学理论，是对牛顿力学的一种修订和扩展。
狭义相对论主要研究的是高速运动物体的运动规律，特别是在接近光速的情况下。
相对论的基本原理包括相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出，物理规律在所有惯性参照系中都是一致的，而光速不变原理则是认为光速在真空中的数值是恒定不变的。
根据狭义相对论，时间和空间是相对的，不同的观察者会有不同的时间和空间测量。
质量也随着速度的增加而增加，而且速度越接近光速，质量的增加越明显。
广义相对论是爱因斯坦后来发展的物理学理论，它是对引力的一种统一理论，描述了引力场的性质以及物质在引力场中的运动规律。
广义相对论的基本原理是等效原理和爱因斯坦场方程。
等效原理认为，惯性质量与引力质量是等效的，即质量会影响物体的运动轨迹。
爱因斯坦场方程则描述了引力场的几何性质和物体如何响应引力场。
广义相对论的一个重要概念是时空弯曲，即质量和能量会扭曲时空，形成引力场。
在广义相对论中，时空是弯曲的，质量和能量决定了时空的形状，物体在时空中运动的轨迹是沿着弯曲的时空线。
牛顿经典力学、狭义相对论和广义相对论是三种不同的物理学理论，它们分别描述了不同的物理现象和运动规律。
高一下学期物理人教版必修第二册第七章第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性课件
,由于物体的速度不可能达到光速,所以总有Δt>Δτ,此种情况称为
.
(3)相对论和量子力学并没有否定牛顿力学,牛顿力学是 证据2:在地面上将四只铯原子钟调整同步,然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行,一架向东飞,另一架向西飞.
实验结果与相对论的理论预言符合得很好,这是1971年进行的宏观验证.
真空中的光速c都是一样的,故选项C、D正确. (多选)牛顿力学规律适用于( )
牛顿力学适用于宏观世界;量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律
(多选)牛顿力学规律适用于( )
答案:CD 相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论
C钟走得最快,B钟走得最慢
【典例1】(多选)设某人在以速度0.
探究二 牛顿力学的成就与局限性 问题情境 地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s,粒子对撞机(如图所示) 可以把质子加速到接近于光速.
问题情境
探究一 相对论时空观
1.仔细分析两个观点的表达式,思考什么情况下速度引起的 相对论效应比较明显. 答案:物体在高速(接近光速)运动时,相对论效应比较明显, 不可以忽略;低速运动时不明显,可以忽略.
答案:证据1:高速运动的μ子寿命变长这一现象,用经典理论 无法解释,用相对论时空观可得到很好的解释.这一研究结果 成了相对论时空观的最早证据. 证据2:在地面上将四只铯原子钟调整同步,然后把它们分别 放在两架喷气式飞机上做环球飞行,一架向东飞,另一架向西 飞.两架飞机各绕地球飞行一周后回到地面,与留在地面上的 铯原子钟进行比较.实验结果与相对论的理论预言符合得很 好,这是1971年进行的宏观验证.
2.你能举例说出牛顿力学不能解释哪些现象吗?
答案:当物体以接近光速运动时所遵循的规律与牛顿力学 结论不相符;微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛 顿力学说明.
相对论知识：牛顿力学与相对论的区别与联系
相对论知识：牛顿力学与相对论的区别与联系牛顿力学和相对论是两个重要的物理学理论，对于人类解释和理解周围世界以及开发技术和设备等方面均有着重要的指导意义。
本文将从牛顿力学和相对论各自的内容和特点入手，结合经典的例子和实验，探讨二者的区别与联系，并探究二者共同的内在逻辑和科学价值。
一、牛顿力学的内容和特点牛顿力学是在17世纪末至18世纪初由英国物理学家牛顿提出的一套经典力学理论体系，是对质点的运动和相互作用关系的描述和预测。
牛顿三定律是牛顿力学的基础，即“作用力等于反作用力”、“加速度与力成正比”、“每个作用都有相等但方向相反的反作用”，指出了质点之间的相互作用关系。
在此基础上，牛顿力学还提出了动能守恒定律、角动量守恒定律、万有引力定律等理论，对力学运动和相互作用进行了深入研究。
牛顿力学的特点在于，它适用于中低速的运动、质点间距离相对大的系统、大质量物体和工程系统等常见物理实际问题的研究。
它既有普遍性又有常规性，为物理学和工程学提供了强有力的理论支撑和应用基础。
但是，随着科学技术的发展，牛顿力学也暴露出了一些缺陷，例如不能解释电磁现象、对高速运动的描述不准确等问题。
二、相对论的内容和特点相对论是在20世纪初由爱因斯坦提出的一套新的物理学理论体系，是对于光速不变性和惯性系相对性的哲学和物理思考的结果。
相对论分为狭义相对论和广义相对论，前者主要研究惯性系之间的变换和载体速度对定子物理量的影响，后者在此基础上进一步推导出引力场与时空的结构有关的理论，深入研究了物质、辐射和引力的行为规律。
相对论的核心思想包括：惯性系没有绝对性、时间和空间的相对性、光速不变性、质量-能量等价原理等。
相对论的一个显著特点是它可以描述高速运动、大能量密度的系统和极度弯曲的时空，与传统牛顿力学的适用范围不同。
同时，由于相对论在描述物质和辐射的关系时是非线性的，因此相对论比牛顿力学更复杂，需要借助数学、计算机和实验手段来进行研究和验证。
高中物理【相对论时空观与牛顿力学的局限性】教学课件
[答案] (1)100 km (2)80 km
(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效 应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化。
(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系， 如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何 意义的。
Δτ (3)时间延缓效应：Δt＝____1_－___vc__2 __。 (4)长度收缩效应：l＝__l0_____1_－___vc_2_。
(5)相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)
都跟物体的_运__动__状__态__有关。
2．判断
(1)在不同的惯性系中，光速是不同的。
养 点
科学态度 通过课内与课外阅读，知道相对论、量子力学和经典力学的关
击 与责任 系，体会人类对自然界的探索是不断深入的。
一、相对论时空观 1．填一填 (1)绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其_运__动__而存在的，也叫牛顿力
学时空观。 (2)爱因斯坦的假设：
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。
2．判断 (1)经典力学在任何情况下都适用。 (2)相对论和量子力学是对经典力学的否定。 (3)当物体的运动速度接近光速时，经典力学就不再适用了。 (4)相对论和量子力学的出现，说明经典力学已失去意义。 3．选一选
下列说法正确的是 A．牛顿定律就是经典力学 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
牛顿三定律的适用范围
牛顿三定律的适用范围
牛顿三定律是经典力学的基石，它们描述了物体如何相互作用以及它们如何受力。
然而，这些定律并不适用于所有情况。
以下是牛顿三定律的适用范围：
第一定律：一个物体将保持其静止状态或匀速直线运动的状态，除非有一个外力施加在它上面。
这个定律只适用于惯性参考系中的物体，即那些相对于周围环境没有加速度的物体。
在非惯性参考系中，这个定律不成立。
第二定律：一个物体的加速度正比于作用在它上面的力，反比于它的质量。
这个定律适用于所有物体，无论它们处于何种状态（静止、匀速直线运动或加速运动）。
然而，对于极小的物体（如原子和分子），它并不适用，因为它们受到的力不再是连续的，而是以离散方式传递的。
第三定律：相互作用的两个物体之间的力大小相等，方向相反。
这个定律适用于所有物体之间的相互作用，包括重力、电磁力和强核力等。
然而，在某些情况下，力可能不是完全相等和相反的，例如当一个物体施加力时，另一个物体可能会施加一个稍微不同的反作用力。
总的来说，牛顿三定律是经典力学的基础，但它们并不适用于所有情况。
在极小的尺度下，量子力学定律取代了经典力学定律。
在相对论尺度下，爱因斯坦的相对论理论取代了经典力学定律。
- 1 -。
相对论时空观与牛顿力学的局限性
车上甲认为的1秒钟，地面乙认为不止1秒。乙觉得车上的一切进程都变慢了。
这说明：“时间间隔” 是相对的。
“长度”的相对性（定性讨论）
静止系观察者乙认
v
甲
为C、D两事件同时发生，
运动系甲观察者如何认 C
乙
D
为？
根据相对运动的规律，火车相对车站以速度v 运动，可以看为火车不动、车站 以－v 相对火车运动。因此甲认为，位于－v 方向反向位置的 D 事件先发生，即： 位于 v 方向前方位置的事件 D 先发生。
牛顿力学的成就与局限性
1.牛顿力学的成就 牛顿力学的基础是牛顿运动定律。牛顿力学在 宏观、低速的广阔领域里与实际相符， 显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力。 2.牛顿力学的局限性 （1）物体在以接近光速运动时所遵从的规律，有些是与牛顿力学的结论并不相同的。 （2）电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运 动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明，而量子力学 能够很好地描述微观粒子运动 的规律。 （3）基于实验检验的牛顿力学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。当物体的运动速度远小于光速c时，相对论物理 学与牛顿力学的结论没有区别；当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时，量子 力学和牛顿力学的结论没有区别。相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为 过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。
运动系观察者甲认为运动系同时发生的两个事件A和B，静止系观察者乙认为： 运动系中位于运动反向位置的事件A先发生。 这说明：“同时” 是相对的。
静止系观察者乙认为静止系中同时发生的两个事件C和D，以速度v 运动的运动 系观察者甲认为：静止系中位于 v 方向前方的事件 D 先发生。
第七章 5.相对论时空观与牛顿力学的局限性
l0
，总有l<l0。
(4)相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(
时间进程)都跟物体的运动状态有关。
☆ 时间间隔、长度的变化都是由于物体的相对运动引起的一种观测效应， 它与所选的参考系有关，而物体本身的结构并没有变化。
☆ 高速运动的μ子寿命变长这一现象，用经典理论无法解释，用相对论时 空观可得到很好的解释。这一研究结果成了相对论时空观的最早证据。
[完美答案] BC
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
答案
[变式训练2] (多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而牛顿力 学却无法解释。牛顿力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理 高速运动问题，只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子。这说明( )
A．随着认识的发展，牛顿力学已成了过时的理论 B．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的 C．不同领域的事物各有其本质与规律 D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与 规律
☆ 低速是指远小于光速，通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导 弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动。有些微观粒子在 一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。
☆ 相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己 在一定条件下的特殊情形。
01课前自主学习
02课堂探究评价
②电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波 动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明，而量 子力学能够很好地描述微观粒子运动的规律。
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
③基于实验检验的牛顿力学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。当物体的运 动速度远小于光速c时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别； 当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时，量子力学和牛 顿力学的结论没有区别。
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牛顿定律是牛顿第一定律、牛顿第二运动定律和牛顿第三运动定律三大经典力学基本运动定
律的总称，这里主要说的是万有引力定律。
万有引力定律(Law of universal gravitation)是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。
牛顿的普适万有引力定律表示如下：
任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。
该引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。
万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律。
是物体（质点）间由于它们的引力质量而引起的相互吸引力所遵循的规律。
是牛顿在前人（开普勒、胡克、雷恩、哈雷）研究的基础上，凭借他超凡的数学能力证明，在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。
万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一。
广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1916年发表的用几何语言描述的引力理论，它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平。
广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立的。
在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相关系，其关系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）
从广义相对论得到的有关预言和经典物理中的对应预言非常不相同，尤其是有关时间流逝、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题，例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应。
爱因斯坦曾经一度试图把万有引力定律纳入相对论的框架，几经失败后，他终于认识到：狭义相对论容纳不了万有引力定律。
并认识到牛顿定律的问题：1、没有任何征兆表明重力的传送媒介可以被识别出。
2、牛顿的理论并不能完全地解释出水星在沿其轨道运动到近日点时出现的进动现象进动。
3牛顿的经典力学只适用于低速、宏观、弱引力，而不适用于高速、微观与强引力。
于是，他将狭义相对性原理推广到广义相对性，又利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理，建立了用弯曲时空的黎曼几何描述引力的广义相对论理论，完善了相对论。