相对论时空观与牛顿力学的局限性—人教版高中物理必修第二册课件

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．
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：
5.相对论时空观与牛顿力学的局限性
பைடு நூலகம் 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
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．
【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.( × ) (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．( √
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
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
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．
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．
)
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？
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？
(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．
(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
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