7.5 相对论时空观与牛顿 力学的局限性 复习回顾： 1、卫星的追及和相遇问题的两类情况? 2、卫星变轨的供需关系？ 3、卫星变轨中的四句口诀（诗）？ 4、飞船对接的两种方案？ 5、同步卫星，近地卫星和赤道上物体的速度加速度角速度等关系？ 6、什么是连续群和卫星群？ 自然和自然的法则在黑暗中隐藏； 上帝说，让牛顿去吧！于是一切都被照亮。 魔鬼说，让爱因斯坦去吧！于是一切又回到黑暗中。 经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。 物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。” 牛顿的《自然哲学的数学原理》被评价为科学史上最伟大的著作 经典力学的发展过程 一、绝对时空观（牛顿力学时空观） 1.时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。 在牛顿力学时空观里，时间像一条看不见的“长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。所以不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的。 所以时间就是表示一个变化的过程。 1.河水、树木，这是个事件还是个事物？ 2.河水在流动，树木在生长呢？ 什么是时间？ 事物 事件 3.如果没有了时间，水还流动吗，树木还在生长吗？ 4.要是没有空间树木往哪里长，水往哪里流呢？ 我们知道，若河中的水以相对于岸的速度v水岸流动, 河中的船以相对于水的速度v船水顺流而下，则船相对于岸的速度为 v船岸=v船水+v水岸 设想人类可以利用飞船以 0.2c 的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是否为1.2c？ v光观=v光船+v船观 v光船=c v船观=0.2c v光观=1.2c 事实并非如此！ 思考：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。这个速度是相对哪个参考系而言的？ 麦克斯韦 英国物理学家、数学家 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所以证明电磁波的传播速度等于光速c，无论对于哪个参考系而言都是一样的。 迈克尔逊:波兰裔美国藉物理学家 二、相对论时空观 在牛顿力学理论与电磁波理论的矛盾与冲突面前，一此物理学家仍坚持原有理论的基础观念，进行一些修补的工作，而爱因斯坦、庞加莱等人则主张彻底放弃某些与实验和观测不符的观点，如绝对时间的概念，提出能够更好地解释实验事实的假设。 爱因斯坦 庞加莱 1.相对论的两个基本假设 （1）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。 （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中，大小都是相同的。 2.相对论时空观的内容 ：认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关。 3.几个效应 （1）时间延缓效应 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 Δt= _____ Δτ 1- （1） 由于 1－ < 1，所以总有 Δt >Δτ，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- （2） 由于1－ < 1，所以总有 l < l0，此种情况称为长度收缩效应。 爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。 注意： ①沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短得越多； ②在垂直于运动方向上长度不变. （3）质量增加效应 m= ___ ... ...
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