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课件网) 第五节 相对论时空观与牛顿力学的局限性 第七章 万有引力与宇宙航行 目录 素养目标 01 课程导入 02 新课讲解 03 总结归纳 04 课堂练习 05 素养目标 1.通过运动的相对性，知道时空观与参考系的联系；知道牛顿引入绝对时空观的原因 2.通过对相对论的理论基础与相对论时空观的几个推论的了解，知道相对论时空观对人们认识世界的影响。并能知道绝对时空观与相对论时空观的主要区别 3.通过理解教材上的分析过程，知道时间延缓效应和长度收缩效应以及相应的表达式 在科幻电影中，常有这样的情形：以 0.2c 的速度的飞船正在进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，以便测量其间距离，那么该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？ 要解决这个问题，我们需要先了解一下不同的时空观…… 新课讲解 生活经验让我们体会到，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。也就是说，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。 v水岸 v船水 v水岸 v船岸 v船水 船相对岸边的速度： 温故知新 具体到我们在进行科学研究时，描述一个物体的运动，必须选择一个参考系（参照物），然后研究这一物体相对于参考系是如何运动的。 例如： 两个小球一起做自由落体运动，均受到重力的作用，如果以红球为参考系，则绿球是静止的，而绿球受到的合外力不为零。所以绿球相对于红球这个参考系而言，并不符合牛顿运动定律。 惯性参考系———牛顿运动定律成立的参考系 非惯性参考系———牛顿运动定律不成立的参考系 简单来说：相对于物体做匀速直线运动的参考系都是惯性系，而对于物体做变速运动的参考系为非惯性系。 回到刚才的问题，星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？ 问题的答案似乎应为 1.2c，然而，事实并非如此！因为经典力学不再适用。经典力学只适用于解决宏观低速运动问题，不能用来处理高速运动或者微观问题，要解决这一问题就需要用到相对论时空观。 相对论时空观 牛顿力学与电磁理论的冲突 十九世纪，英国科学家麦克斯韦，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，并从理论上证明了，电磁波传播的速度等于光速。 人们不禁要问：这个速度是相对哪个参考系而言的呢？ 麦克斯韦 1887年，美国科学家迈克耳孙和莫雷通过实验证明了，在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！ 迈克耳孙———莫雷实验 迈克尔逊———莫雷实验：如果地球和以太存在相对运动，则两束光返回的时间会有微小差别，但实验中并未发现任何时间差 这样就出现了矛盾：用牛顿经典力学的绝对时空观来看问题的答案似乎应为 1.2 c，然而，用迈克尔孙-莫雷实验却明白无误地说明，答案应该仍然是 c。科学家为此争论不休，直到爱因斯坦提出相对论时空观。 以爱因斯坦和庞加莱为代表的另一批物理学家，坚决主张彻底放弃某些与实验事实不相符的观念，如绝对时间的观念，在实验事实的基础上，大胆提出，能够更好地解释实验现象的假设。 儒勒·庞加莱（法） 爱因斯坦 相对论的两个基本假设 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。 这两个假设看起来平淡无奇，但如果接受了这两个假设的观点，并用它来分析问题，可能会在我们的头脑中引起一场轩然大波！ 牛顿力学与电磁理论的冲突 思考讨论：在经典物理学中，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。但是，如果按照爱因斯坦的两个假设，结论还是这样吗？ 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 ... ...
