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高中物理編輯
2020年高中物理第七章萬有引力與宇宙航行5相對論時空觀與牛頓力學的局限性學案新人教版必修2
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資源簡介

5.相對論時空觀與牛頓力學的局限性

1.了解牛頓力學時空觀,初步了解相對論時空觀。

2.了解時間延緩效應和長度收縮效應。

3.認識牛頓力學的成就和局限性。

1.相對論時空觀

(1)絕對時空觀:時間與空間都是獨立于物體及其運動而存在的,也叫牛頓力學時空觀。

(2)愛因斯坦的兩個假設:在不同的慣性參考系中,物理規律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。

(3)同時的相對性:根據愛因斯坦的假設,如果兩個事件在一個參考系中是同時的,但在另一個參考系中不一定是同時的。

(4)愛因斯坦假設的結果

時間延緩效應

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,那么兩者之間的關系是Δt,由于12<1,所以總有Δt>Δτ。

長度收縮效應

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,那么兩者之間的關系是ll0 ,由于12<1,所以總有l<l0。

(5)相對論時空觀:運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的運動狀態有關。

2.牛頓力學的成就與局限性

(1)牛頓力學的成就

牛頓力學的基礎是牛頓運動定律。牛頓力學在宏觀、低速的廣闊領域里與實際相符,顯示了牛頓運動定律的正確性和牛頓力學的魅力。

(2)牛頓力學的局限性

物體在以接近光速運動時所遵從的規律,有些是與牛頓力學的結論并不相同的。

電子、質子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性,同時還具有波動性,它們的運動規律在很多情況下不能用牛頓力學來說明,而量子力學能夠很好地描述微觀粒子運動的規律。

基于實驗檢驗的牛頓力學不會被新的科學成就所否定,而是作為某些條件下的特殊情形,被包括在新的科學成就之中。當物體的運動速度遠小于光速c時,相對論物理學與牛頓力學的結論沒有區別;當另一個重要常數即普朗克常量h可以忽略不計時,量子力學和牛頓力學的結論沒有區別。相對論與量子力學都沒有否定過去的科學,而只認為過去的科學是自己在一定條件下的特殊情形。

判一判

(1)原子的運動能用牛頓力學描述。(  )

(2)長度收縮效應是指物體的實際長度變短了。(  )

提示:(1)× 原子是微觀粒子,不能用牛頓力學描述,要用量子力學描述。

(2)× 長度收縮效應是因為相對運動引起的觀測效應,實際長度不變。

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