高中物理新教材同步讲义必修第二册：第7章 5　相对论时空观与牛顿力学的局限性6.pdf

5相对论时空观与牛顿力学的局限性

[学习目标]

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.

一、相对论时空观

1.19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传

播速度等于光速c.

2.1887年迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：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参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不符”).

3.爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不

同的惯性参考系中大小都是相同的.

4.时间延缓效应

(1)如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作

的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，那

Δτ

么两者之间的关系是Δt＝.

v

1－2

c

(2)Δt与Δτ的关系总有Δt＞Δτ，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(填“有关”

或“无关”)

5.长度收缩效应：

(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是l，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是

0

v

l，那么两者之间的关系是l＝l01－2.

c

(2)l与l的关系总有l＜l，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无

00

关”或“有关”)

二、牛顿力学的成就与局限性

1.牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律，万有引定律的建立与应用更是确立

了人们对牛顿力学的尊敬.

2.牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填“宏

观”或“微观”)物体.

(1)当物体以接近光速运动时，有些与牛顿力学的结论不相同.

(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动不能用牛顿力学来说明.

3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定，当物体运动的速度远小于光速c时，相对论物理学

与牛顿力学的结论没有区别.

1.判断下列说法的正误.

(1)运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的μ子的寿命变长.(√)

(2)沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短.(√)

(3)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了.(×)

(4)洲际导弹的速度可达到6000m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用.(×)

(5)当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了.(√)

(6)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用.(×)

2.以约8km/s的速度运行的飞船上，一只完好的手表走过1h，地面上的时钟显示的时间

________(填“大于”“等于”或“小于”)1h.

答案大于

一、相对论时空观

导学探究

4

地球绕太阳公转的速度是3×10m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可

以把电子加速到0.999999999987倍光速的速度，请思考：

(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度属于

低速还是高速？

(2)在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空，隔一段时间飞船

返回地面时，两只钟显示的时间相同吗？有什么差别？

答案(1)地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速.

(2)不相同，随飞船旅行的时钟变慢(显示的时间少).

知识深化

1.低速与高速

(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等

物体皆为低速运动物体.

(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度