【人教版物理】《相对论时空观与牛顿力学的局限性》ppt1

提示：(1)我们通常选大地是惯性参考系，相对于地面静止 或做匀速运动的物体都是惯性参考系；相对于地面做变速运动的 物体都是非惯性参考系．
(2)运动的时钟变慢是在两个不同的惯性系中进行时间比较 的一种效应，不是因为时钟的结构或精度因运动而发生了改变．
(3)①惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这 个参考系叫作惯性系，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这里的力学规律是指“经典力学规律”． ③本原理可以有不同表示，比如，在一个惯性系内进行的任 何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的．
探究点 2 狭义相对论的两个基本假设 (1)光速不变已经被实验证实，为何仍叫“假设”呢？ (2)如何理解光速不变原理？ (3)伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同？
提示：(1)虽然实验表明了假设所说的内容，但这终归是有限的几 次实验．只有从这两个假设出发，经过逻辑推理(包括数学推导)所提 出的大量结论都与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理．
(2)我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也不同，这 是经典力学中速度的概念，但是，1887 年迈克耳孙—莫雷实验中证明 的结论是：不论取怎么样的参考系，光速都是一样的，也就是说光速 的大小与选取的参考系无关．光的速度是从麦克斯韦方程组中推导出 来的，它没有任何前提条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的 速度．
3．牛顿力学与相对论的关系 (1)当物体的运动速度 远小 于光速 c 时(c＝3×108 m/s)，相 对论物理学与牛顿力学的结论没有 区别；
(2)当另一个重要常数即普朗克常量 h 可以忽略不计时(h＝6. 63×10－34 J·s)， 量子力学 和牛顿力学的结论没有区别．
(3)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．
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)19 世纪末和 20 世纪初，物理学研究深入到 微观世界，发 现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子
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．
(2)20 世纪 20 年代， 量子力学 建立了，它能够很好地描述 微观粒子 运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用．
(1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速
都是 一样的 ．
(2)两个基本假设.
项目
内容
狭义相对 性原理
在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
光速不变 真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同
原理 的
3.时间和空间的相对性
(1)时间延缓效应
如果相对于地面以 v 运动的 惯性参考系 上的人观察到
(3)伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的； 狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的．
1．经典相对性原理与狭义相对论的相对性原理： (1)经典相对性原理的三种表述． ①力学规律在任何惯性系中都是相同的． ②在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这 个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动． ③任何惯性参考系都是平权的．
)
像一切科学一样，牛顿力学没有也不会穷尽一切真理，它也 有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交 响曲”．
学习任务一 经典相对性原理与狭义相对性原理
探究点 1 经典相对性原理 (1)如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系？ (2)运动的时钟变慢是不是因为时钟的构造因运动而发生了 改变？ (3)如何理解经典相对性原理？
【知识辨析】
(1)牛顿运动定律在任何情况下都成立．( × ) (2)狭义相对论的两个基本假设仅仅是猜想而己，没有任何 依据．( × ) (3)相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题．( × ) (4)在真空中，若物体以速度 v 背离光源运动，则光相对物 体的速度为 c－v.( × wenku.baidu.com (5)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间 的测量结果在不同的参考系中是不同的．( √ ) (6)一切惯性参考系中，测得的真空中的光速 c 是相同的．( √
知识点一 相对论时空观 阅读教材第 65～67 页“相对论时空观”部分． 1．经典相对性原理： 表述一：力学规律在任何 惯性系 中都是相同的． 表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判 断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 匀速直线 运动． 表述三：任何惯性系都是 平权 的．
2．狭义相对论的两个基本假设：
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， Δτ
那么两者之间的关系是 Δt＝ 由于 1－vc2<1，所以总有
Δ1t>－Δτvc，2此种情况称为时间
延缓效应 ．
(2)长度收缩效应 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，那么两者之间的关系是
阅读教材第 68 页“牛顿力学的成就与局限性”部分．
1．牛顿力学的成就 (1)从地面上物体的运动到 天体 的运动，从拦河筑坝、修建 桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等 现代交通 工具的运动，从投出篮球到发射 导弹 、人造地球卫星、宇宙飞
船……所有这些都服从牛顿力学的规律． (2)牛顿力学在如此广阔的领域里与实际相 符合 ，显示了
l＝ l0 1－vc2 由于 1－vc2<1，所以总有 l<l0，此种情况称为长度收缩效应．
牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于某一个惯性系做匀 速直线运动的另一个参考系，也是惯性系．
图解：
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．
知识点二 牛顿力学的成就与局限性
5.相对论时空观与牛顿力学的局限性
知识导图
核心素养 物理观念：惯性系的概念，经典时空观与相对论时空观． 科学探究：查阅相对论时空观的验证资料，体会人类对自然 界的探究是不断深入的． 科学思维：经典理论与狭义相对论的区别． 科学态度与责任：会利用相对论时空观解释与日常生活相关 的时间和长度的相对性问题