《相对论时空观与牛顿力学的局限性》万有引力与宇宙航行PPT

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》万有引力与宇宙航行PPT

第一部分内容：学习目标

1、知道牛顿运动定律的适用范围。

2、了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。

3、知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。

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相对论时空观与牛顿力学的局限性PPT，第二部分内容：新课导入

按照狭义相对论，不仅“同时”是相对的，有时候，甚至事情的先后也都是相对的。举一个例子，一节长为10米的列车，A在车后部，B在车前部。当列车以0.6c的高速度通过一个站台的时候,突然站台上的人看到A先向B开枪,过了12.5毫微秒,B又向A发射。因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过了10毫微秒，A才动手。事件是由B发动的。

到底是谁先动手呢？没有绝对的答案。在这个具体事件中，谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，B先A后，而在车站参考系中则是A先B后。甚至于飞船上的人可能会看到你先把苹果吃了，再看到苹果掉在了地上。 

（1）相对时间 

狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）运动速度的加快，时间会变慢。

使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。 

（2）相对长度 

爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(1851─1901)提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。  

爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。

从宏观到微观

19世纪末-20世纪初，深入到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，很多情况下经典力学说明不了。

爱因斯坦提出的光子的概念，认为光既是电磁波，又是一份一份传播的 

原子中的电子只能在分立的特定轨道上运动，只有从一个轨道跳跃到另一个轨道。中间不连续。 

任何物体都具有波动性，你坐在椅子上，你是波动的，有波长。

物体的位置是不确定的，只能用几率来反映

从弱引力到强引力

1.物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用

2.天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为1 m,如白矮星)，天体间的引力就趋于无穷大 ，强引力。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，黑洞本身的巨大质量造成空间弯曲

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相对论时空观与牛顿力学的局限性PPT，第三部分内容：课堂练习

题组一　经典力学与经典时空观

题1 2016年2月11日，科学家宣布探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学，下列说法正确的是（　　）

A.经典力学完全适用于宏观低速运动

B.经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的

C.随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论

D.随着相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值

【解析】A对：经典力学适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的。

B错：经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的。

C、D错：在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学不会过时也不会失去价值。

【答案】　A

题2［2019•广东佛山一中高一检测］经典力学不能适用下列哪些运动（　　）

A. 火箭的发射

B. 微观粒子的波动性

C. “勇气号”火星探测器在太空的运动

D. 宇宙飞船绕地球的运动

题3［多选］下列说法正确的是（　　）

A. 不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的

B. 当物体运动速度很大（接近光速）时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差

C. 在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度增大而减小

D. 牛顿的引力理论不能用于中子星表面

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