5.1 牛顿力学的成就与局限性 5.2 相对论时空观 5.3 宇宙起源和演化 牛顿力学的成就与局限性 一、绝对时空观 1.惯性参考系:在牛顿力学体系中,如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系就被称为惯性参考系,所有相对于惯性参考系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性参考系. 2.非惯性参考系:牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系. 3.绝对时空观:绝对的、真实的和数学的时间,由其特性决定自身均匀地流逝着,而与一切外界事物无关.绝对空间的自身特性与任何外界事物无关,它处处均匀,永不移动.这就是牛顿的绝对时空观. 二、牛顿力学的成就 牛顿力学把宇宙中的天体和地面上的物体的运动统一起来,从力学上证明了自然界多样性的统一,实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合. 三、牛顿力学的局限性和适用范围 1.牛顿力学的局限性 (1)牛顿力学的应用受到物体运动速度大小的限制.当物体运动的速率接近于真空中的 时,牛顿力学就不再适用了. (2)牛顿运动定律不适用于 领域物质结构和能量不连续的现象. (3)牛顿运动定律和万有引力定律对于受到强引力作用的物体的运动也不适用. 2.牛顿力学的适用范围 牛顿力学只适用于 (远小于光速)、 (人类可感知尺度)、弱引力场(如地球附近)和计量精度要求不高的情况. 【典例突破】 [典例1] (2024年第一次广东合格性考试)下列运动,不能用牛顿力学规律描述的是( ) A.子弹的飞行 B.“复兴号”动车的运行 C.粒子以接近光速运动 相对论时空观 宇宙起源和演化 一、狭义相对论的基本假设 1.相对性原理:在所有的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的. 2.光速不变原理:在所有的惯性参考系中,测得的真空中的光速都 . 二、时空相对性 1.同时性的相对性:在一个惯性参考系中同时发生的两个事件,在另一个惯性参考系看来是不同时的,这被称为同时性的相对性. 2.时间延缓:在站台上将观测到火车上的时间进程变慢了,车上的一切物理过程、化学过程和生命过程都变慢了.而在运动参考系里的人认为一切正常,并不感到自己周围的事件变得呆滞.这就是时间间隔的相对性,也称为“时间延缓”“时间膨胀”或“钟慢效应”. 3.长度收缩:当物体相对于观测者运动时,在运动的方向上,观测者测量到该物体的长度要缩短,而垂直于运动方向的长度不会发生变化.这就是空间距离的相对性,也称为“长度收缩”或“尺缩效应”. 4.牛顿力学时空观与相对论时空观比较 比较项目 牛顿力学时空观 相对论时空观 同时 绝对性 相对性 光速 可变(遵循经典速度变换规律) 不变 物理规律 ——— 在不同惯性 参考系中 其形式相同 三、时空弯曲 1.在大尺度的宇观时空中存在许多大质量天体,如大恒星、球状星团、星系和星系团等,光线经过这些大质量天体附近时发生偏转,这说明整个空间不再是平直的,而变成弯曲的,时间进程会变慢. 2.物质决定时空的弯曲,时空决定物质的运动. 四、宇宙起源和演化 1.古代宇宙模型 (1)古代中国———盖天说”. (2)古希腊———地心说”. (3)波兰———日心说”. 2.近现代宇宙模型 (1)爱因斯坦宇宙模型. 宇宙由弯曲空间构成,没有边界、没有中心,但在整体上是有限的、静态的宇宙. (2)费里德曼动态宇宙模型. 认为宇宙中的物质从宇观大尺度来说其分布是均匀的,从各个方向看都是一样的,并且随着时间的变化,宇宙在不断膨胀. (3)邦迪、戈尔德和霍伊尔等人的稳恒态宇宙模型. 随着宇宙膨胀,新的物质会不断产生,使宇宙总密度不变,从而令宇宙在任何时候看上去都基本不变化. (4)勒梅特提出、伽莫夫完善的大爆炸理论. 宇宙起源于约138亿年前一个体积无限小、密度无限大、温度无限高、时空曲率无限大的奇点,然后发生大爆炸. (5)固斯的暴胀理论. 早期宇宙的空间以指数倍的形式膨胀,暴胀过程发生在宇宙 ... ...
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