5.相对论时空观与牛顿力学的局限性 必备知识·自主学习 一、相对论时空观 【情境思考】 1971年,两位科学家利用数台铯原子钟,其中四台放到飞机上,地面上留一台作为标准钟,随后让飞机在赤道附近环球飞行,一次向东,一次向西,问向东飞的原子钟时间与向西飞的原子钟时间有什么差异? 提示:向东飞的原子钟时间比向西飞的原子钟时间慢。 1.爱因斯坦的两个假设: (1)在不同的_____参考系中,物理规律的形式都是相同的。 (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_____的。 2.时间间隔的相对性: (1)时间延缓效应:在相对运动的参考系中观测事件变化过程的时间间隔变 ___了。 (2)时间变换公式:_____。 惯性 相同 大 3.长度的相对性: (1)长度收缩效应:一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度 ___。 (2)长度变换公式:l=_____。 小 二、牛顿力学的成就与局限性 【情境思考】 能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗? 提示:不能 1.牛顿力学的成就:从地面上物体的运动到天体的运动,都服从_____的规 律。 2.牛顿力学的局限性: (1)微观世界:电子、质子、中子等微观粒子,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)牛顿力学只适用于_____运动,不适用于_____运动。 牛顿力学 低速 高速 【易错辨析】 (1)一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,这是经典物理学 家的观点。( ) (2)一根杆的长度静止时为l0,不管杆如何运动,杆的长度均小于l0。( ) (3)“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化。( ) √ × × (4)长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变。 ( ) (5)高速运动的飞船中的航天员发现地面的时钟变慢了。 ( ) (6)地面上的人认为两个事件同时发生,而高速运动的飞船中的宇航员却不这 么认为。( ) √ √ √ 关键能力·合作学习 知识点一 时间延缓效应 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= 。 由于1-( )2<1,所以总有Δt>Δτ,此种情况称为时间延缓效应。 【典例示范】 【典例】如图所示,有三个完全相同的时钟,时钟A放在地面上,时钟B、C分别放在两个火箭上,两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行,vB
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