第七章 第5节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教学课件(共29张PPT)

(课件网) 第5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 物理 新知导入 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多少 1.感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾，知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。 2.知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设，知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 3.了解宇宙起源的大爆炸理论，知道科学真理是相对的，未知世界必将在人类不懈的探索中被揭开更多的谜底。 学习目标 新知讲解 一、 相对论时空观 绝对时空观 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。 新知讲解 一、 相对论时空观 麦克斯韦（1831—1879） 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？ 牛顿力学与电磁理论的冲突 新知讲解 一、 相对论时空观 阿尔伯特·迈克尔孙（1852—1931） 1887年，美国科学家迈克尔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！这与牛顿力学中，不同的参考系之间的速度变换关系（伽利略变换）不符！ 在实验事实的面前，许多物理学家，仍然立足在牛顿力学时空观的基础上，想通过一些理论上的修补工作，解释实验现象。 新知讲解 一、 相对论时空观 阅读教材文本，了解19世纪科学家对于光速问题的研究，麦克斯韦和迈克耳孙分别从理论和实验角度对这一问题进行了思考，爱因斯坦在前人研究的基础之上提出了哪两条基本假设？ 儒勒·庞加莱（法） （1854-1912） 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。 新知讲解 一、 相对论时空观 阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955） 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！ 新知讲解 一、 相对论时空观 爱因斯坦对相对论的解释: “当你和一个美丽的姑娘在一起坐一小时，你感觉只坐了一分钟，当你坐在火炉旁一分钟，就好像坐了一小时，这就是相对论。” 新知讲解 一、 相对论时空观 假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。 问题1：以火车为参考系，闪光是否同时到达前壁和后壁？ 车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁。 新知讲解 一、 相对论时空观 假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。 问题2：以地面为参考系，光刚从光源发出，光离前后壁的距离是否相等？经过Δt后光离前后壁的距离是否相等？ 对于车下的观察者来说，他以地面为参考系，因闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的，在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些。他观察到闪光先到达后壁。 同时性是相对的 新知讲解 一、 ... ...