第七章萬有引力與宇宙航行相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性知道愛因斯坦的兩個假設(shè)的內(nèi)容。知道時間延緩效應(yīng)及長度收縮效應(yīng)結(jié)論的內(nèi)容。認識經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍。了解相對論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系。231重點重難點4生活經(jīng)驗讓我們體會到，時間像一條看不見的“長河”，均勻地自行流逝著，空間像一個廣闊無邊的房間，它們都不影響物體及其運動。若河中的水以相對于岸的速度v水岸流動，河中的船以相對于水的速度v船水順流而下，則船相對于岸的速度為v船岸＝v船水＋v水岸時間與空間都是獨立于物體及其運動而存在的。這種絕對時空觀，也叫牛頓力學(xué)時空觀。設(shè)想人類可以利用飛船以0.2c的速度進行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光，該星球上的觀察者測量到的激光的速度是多少？答案似乎應(yīng)為1.2c。然而，事實并非如此！因為經(jīng)典力學(xué)不再適用。經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題，要解決這一問題就需要用到相對論時空觀。相對論時空觀一地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是3×104m/s，某實驗室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999999999987倍光速的速度，請思考：地球的公轉(zhuǎn)速度屬于低速，被加速器加速后的電子的速度屬于高速。(1)在狹義相對論中，地球的公轉(zhuǎn)速度屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速度屬于低速還是高速？(2)在地面上校準(zhǔn)的兩只鐘，一只留在地面上，一只隨宇宙飛船遨游太空，隔一段時間飛船返回地面時，兩只鐘顯示的時間相同嗎？有什么差別？不相同。隨飛船旅行的時鐘變慢。1.19世紀(jì)，物理學(xué)家

根據(jù)電磁場理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度

光速c。2.1887年的邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度

！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系

。麥克斯韋等于麥克斯韋都是一樣的不符3.愛因斯坦假設(shè)(1)在不同的

參考系中，物理規(guī)律的形式都是

的。(2)真空中的

在不同的慣性參考系中大小都是

的。慣性相同光速相同愛因斯坦假設(shè)一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。車上的觀察者以車廂為參考系，閃光會同時到達前后兩壁。這兩個事件是同時發(fā)生的。車下的觀察者以地面為參考系，閃光先到達后壁，后到達前壁。這兩個事件不是同時發(fā)生的。4.相對論時空觀(1)時間延緩效應(yīng)①如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt=

。②Δt與Δτ的關(guān)系總有Δt

Δτ(選填“>”“<”或“=”)，即物理過程的快慢(時間進程)跟物體的運動狀態(tài)

(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。

有關(guān)>②l與l0的關(guān)系總有l(wèi)

l0(選填“>”“<”或“=”)，即運動物體的長度(空間距離)跟物體的運動狀態(tài)

(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。(2)長度收縮效應(yīng)①如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是l=

。

<有關(guān)

√根據(jù)愛因斯坦的光速不變原理可知，在不同的慣性參考系中，光在真空中沿任何方向傳播速度都是c，則觀察者在地面上任何地方和在飛船中觀測光的速度均為c，故選D。2.(2023·南通市高一月考)如圖所示，a、b、c為三個完全相同的時鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩枚火箭上，且vb<vc，則地面的觀察者認為走得最慢的鐘為A.a B.bC.c D.無法確定√

3.(2023·無錫市高一期中)若一列火車以接近光速的速度在高速行駛，車上的人用望遠鏡來觀察地面上的一只排球，其觀察的結(jié)果是A.像一只乒乓球(體積變小)B.像一只籃球(體積變大)C.像一只橄欖球(豎直放置)D.像一只橄欖球(水平放置)√根據(jù)狹義相對論，以觀察者為參考系，則排球以接近光速的速度反向運動，由長度收縮效應(yīng)可知，觀察者測得排球水平寬度變短，豎直長度不變，因此觀察的結(jié)果是像一只豎直放置的橄欖球。故選C。牛頓力學(xué)的成就與局限性二1.牛頓力學(xué)的成就牛頓經(jīng)典力學(xué)金字塔的建立伽利略、第谷哥白尼、亞里士多德笛卡爾、胡克、哈雷等開普勒(3)將“實驗和數(shù)學(xué)”相結(jié)合的方法推廣到物理學(xué)的各個分支，形成了完整的經(jīng)典力學(xué)體系。(1)把天體的運動與地面上物體的運動統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了人類對自然界認識的第一次理論大綜合。(2)在宏觀、低速、弱引力的廣闊區(qū)域，包括天體力學(xué)的研究中，經(jīng)受了實踐檢驗，取得了巨大成就。2.牛頓力學(xué)的局限性(1)物體在以接近光速運動時所遵從的規(guī)律，有些是與牛頓力學(xué)的結(jié)論并不相同的。(2)在微觀世界中(尺度在10-10m以下)，由于物質(zhì)的存在和運動形式(波粒二象性)較宏觀世界，有較大的不同，牛頓力學(xué)也不適用。像一切科學(xué)一樣，牛頓力學(xué)沒有也不會窮盡一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科學(xué)理論一樣，是一部“未完成的交響曲”4.低速與高速(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動的物體。(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。3.牛頓力學(xué)的適用范圍牛頓力學(xué)只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界；只適用于弱引力情況，不適用于強引力情況。相對論和量子力學(xué)是不是否定了牛頓力學(xué)？說說你的看法。不是。當(dāng)物體的運動速度遠小于光速時，相對論與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別；當(dāng)普朗克常量可以忽略不計時，量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。牛頓力學(xué)沒有被否定，而是作為某些條件下的特殊情形，被包括在新的科學(xué)成就之中。(1)相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，說明經(jīng)典力學(xué)已失去意義。(

)(2)原子中電子的運動能用經(jīng)典力學(xué)進行解釋。(

)(3)空氣中灰塵的運動能用經(jīng)典力學(xué)進行解釋。(

)(4)牛頓力學(xué)只適用于世界上普通的物體，研究天體的運動牛頓力學(xué)就無能為力了。(

)(5)洲際導(dǎo)彈的速度可達到6000m/s，在這種高速運動狀態(tài)下，牛頓力學(xué)不適用。(

)(6)對于質(zhì)子、電子的運動情況，牛頓力學(xué)同樣適用。(

)××√×××4.關(guān)于牛頓力學(xué)理論，下述說法中正確的是A.牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速、弱引力場B.相對論和量子力學(xué)證明了牛頓力學(xué)是錯誤和過時的C.牛頓力學(xué)認為時空是相對的D.牛頓力學(xué)可以預(yù)言各種尺度下的運動√牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速、弱引力場，A正確；相對論和量子力學(xué)適用于微觀高速粒子的運動，并沒有否定牛頓力學(xué)，B錯誤；牛頓力學(xué)中，認為時間和空間都是絕對的，C錯誤；牛頓力學(xué)不適用于微觀、高速情況下的運動，D錯誤。5.(2024·臺州市高一期中)下列物理情景中，經(jīng)典的牛頓力學(xué)不再適用的是A.電子以接近光的速度運動B.超音速飛行的殲-20戰(zhàn)機C.地球繞太陽運動D.體育課上，被小明同學(xué)拋出的籃球√牛頓力學(xué)適用于宏觀低速運動的物體，對微觀高速運動的粒子不再適用，因此當(dāng)電子以接近光的速度運動時，牛頓力學(xué)不再適用；而超音速飛行的殲-