(
课件网) 第七章 万有引力与宇宙航行 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性 1.了解相对论时空观，知道时间延缓效应和长度收缩效应. 2.认识牛顿力学的成就、适用范围及局限性. 3.了解科学理论的相对性，体会科学理论是不断发展和完善的 学习目标 top 1 top 2 目录 /CONTENTS 相对论时空观 牛顿力学的成就与局限性 新课引入 思考：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v船岸如何表示？ v船岸=v船水+v水岸 v船岸=v船水+v水岸这类表达式，又被称为伽利略变换，是牛顿力学，研究相对运动问题的基本原理之一。 新课引入 设想：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，根据v光船=v光+v船该星球上的观察者测量到的激光的速度是否为1.2c，事实是这样吗？ 然而，事实并非如此。 1.2倍的光速与我们中学里学到的，真空中的光速是宇宙中最快的速度两者不相符。 1887年，美国科学家迈克尔逊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！ 新课引入 阿尔伯特·迈克尔逊（1852—1931） 一、相对论时空观 描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一物体相对于参考系是如何运动的。 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 00惯性系与非惯性系 所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系，而对于惯性系做变速运动的参考系为非惯性系。 一、相对论时空观 1、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。 一、相对论时空观 2.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？但在迈克尔逊和莫雷实验事实的面前，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。但是都没有成功，这导致牛顿力学与电磁理论的冲突。 你觉得该如何解释这个现象呢？ 一、相对论时空观 2.牛顿力学与电磁理论的冲突 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） （1854-1912） 阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955） 一、相对论时空观 3.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。 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！ 阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955） 4．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。 一、相对论时空观 例如：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。 （1）车上的观察者以车 ... ...
