1、第五章 经典力学的成就与局限性第 1 节 经典力学的成就与局限性第 2 节 了解相对论( 选学)导学目标 1.初步了解高速世界的两个基本原理.2.知道相对论对人类认识世界的影响，了解时间延缓效应和长度收缩效应，速质关系和质能关系及时空弯曲1高速世界的两个基本原理(1)相对性原理：在不同惯性系中，_都是相同的相对性原理表明，在某个惯性系中，描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统过程作出描述的物理定律皆保持形式不变(2)光速不变原理：不管在哪个_中，测得的真空中的 _都相同光速不变原理表明，在一切惯性系中观测在真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为 c，
2、与光源或观察者的运动无关2时间延缓效应时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它_了，运动速度越快，效果越明显即运动着的_要变慢这个效应叫做时间延缓效应，时间延缓效应也称作时间膨胀3长度收缩效应一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要_，速度越大，缩得越短，即运动着的尺子要_这种观测效应称为长度收缩效应(或运动尺子缩短 )4质速关系在经典力学中，物体的质量与物体的_无关但在相对论中，运动物体的质量随其_的变化而变化由质速关系可以看出，当物体(一般是粒子) 的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量对于低
3、速运动的物体，质量的变化完全可以忽略不计.一、从低速到高速1低速通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等2高速所谓高速，就是指物体运动的速度接近于真空中的光速，即 c310 8 m/s.3两个假设在经典力学中，v 船岸 v 船水 v 水岸 成立，但在两个不同参考系中，爱因斯坦认为该式不成立.1905 年，爱因斯坦提出了两条基本假设(狭义相对论的基础) 狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的4速度对质量的影响物体的质量随着运动速度的增大而增大m ，当 vc 时，mm 0.m01 v
4、2c25速度对时间的影响在静止参考系中的同一地点，经时间 t0 先后发生的两个事件，则在另一个以速度 v 匀速运动的参考系中测量时，发生这两个事件的时间间隔 t 不等于 t0，而与速度 v 有关v 越接近 c，t 与 t0 相差越大这一点同学们只要初步了解即可6速度对空间的影响在静止参考系中，物体从 A 点运动到 B 点的位移为 L0，而在另一以速度 v 匀速运动的参考系中测量时，这个物体运动的位移为 L，它不等于 L0.v 越接近 c，L 与 L0 相差越大这一点也只要求同学们初步了解即可7经典力学的时空观时间和空间互不相干，它们的存在和测量均与物体的运动状态没有关系经典力学适用于做低速运动
5、的物体例 1 在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的 0.5 倍试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？二、从宏观世界到微观世界(1)宏观世界物体的运动特点物体具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置(2)微观世界粒子的运动特点就单个粒子来说，运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性经典力学适用于宏观物体例 2 经典力学不能适合于下列哪些运动( )A火箭的发射B宇宙飞船绕地球的运动C “勇气号”宇宙探测器D微观粒子的波动性三、从弱引力到强引力1弱引力与强引力每一个天体都有一个引力半径，其大小由天体的质量决定当天体间的距离远
6、大于引力半径时，它们之间的引力就属于弱引力当天体间的距离远小于引力半径时，它们之间的引力就属于强引力“引力半径”是爱因斯坦引力理论中天体间引力趋于无穷大时对应的天体(被压缩后) 半径2经典力学计算的行星轨道与行星实际轨道的矛盾按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合得很好在弱引力的情况下，牛顿引力理论适用；在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用总结：时空是对物质的存在及运动的描述其中，时间描述物质运动的持续性，空间描述物质存在的广延性
7、经典力学的时空观认为时间就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变也称为绝对时空观相对论时空观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密切相关例如：a运动的时钟变慢；b运动的尺子变短；c物体的质量随速度的增大而增大经过严格的证明，物体有静止质量 m0 和运动的质量 m，它们之间有如下关系： mm01 vc2从上式可以看出，当物体(一般是粒子 )的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量例 3 图 1地面上 A、B 两个事件同时发生如图 1 所示，对于坐在火箭上沿两个事件发生地点AB 连线飞行的人来说，
8、哪个事件先发生？例 4 A、B、C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上， B、C 分别放在两个火箭上，以速度 vB 和 vC 朝同一方向飞行，v BvC.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？第五章 经典力学的成就与局限性第 1 节 经典力学的成就与局限性第 2 节 了解相对论( 选学)课前准备区1(1)一切物理规律 (2) 惯性系 光速2变慢 时钟3缩短 缩短4速度 速度课堂活动区核心知识探究例 1 1.155 倍解析 由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系得 m 1.155m 0.m01 v2c2m01 14m034 2
9、m03二、从宏观世界到微观世界(1)宏观世界物体的运动特点物体具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置(2)微观世界粒子的运动特点就单个粒子来说，运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性经典力学适用于宏观物体例 2 D 经典力学适用于宏观、低速、弱引力等区域，故 A、B、C 都适用，而研究微观粒子的波动性时经典力学不再适用例 3 B 事件先发生解析 以地面为参考系，A、 B 两个事件同时发生，即如在 A、B 连线中点 C 放一时钟，将同时接收到来自 A、B 的信号设想该时钟以与火箭相同的速度飞行，则先接收到来自 B 的信号，后接收到来自 A 的信号，即以火箭(或火箭上的人) 为参考系，B 事件先发生例 4 C 钟走得最慢，A 钟走得最快解析 如右图所示，地面上的观察者认为 C 钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大，相对于观察者的速度 v 越大，其上的时间进程越慢地面钟 v0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的 A 钟走得最快第 3 节 初识量子论( 选学)略
