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统编人教版高中物理必修第二册《5相
对论时空观与牛顿力学的局限性》优质
课公开课课件、教案
5．相对论时空观与牛顿力学的局限性
1．了解牛顿力学时空观，初步了解相对论时空观。
2．了解时间延缓效应和长度收缩效应。
3．认识牛顿力学的成就和局限性。
1.相对论时空观
(1)绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的，也叫牛
顿力学时空观。
(2)爱因斯坦的两个假设：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。
(3)同时的相对性：根据爱因斯坦的假设，如果两个事件在一个参考系中
是同时的，但在另一个参考系中不一定是同时的。
(4)爱因斯坦假设的结果
①时间延缓效应
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
τ
体完成某个动作的时间间隔为Δ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成
t
这个动作的时间间隔为Δ，那么两者之间的关系是所以总有
②长度收缩效应
如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动
l
的人测得杆长是，那么两者之间的关系是所以总有
(5)相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进
程)都跟物体的运动状态有关。
2．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。牛顿力学在宏观、低速
的广阔领域里与实际相符，显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力。
(2)牛顿力学的局限性
①物体在以接近光速运动时所遵从的规律，有些是与牛顿力学的结
论并不相同的。
②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，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明，而量子力学
能够很好地描述微观粒子运动的规律。
③基于实验检验的牛顿力学不会被新的科学成就所否定，而是作为某些
条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中。当物体的运动速度
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；当另
一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时，量子力学和牛顿力学的
结论没有区别。相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的
科学是自己在一定条件下的特殊情形。
判一判
(1)原子的运动能用牛顿力学描述。()
(2)长度收缩效应是指物体的实际长度变短了。()
提示：(1)×原子是微观粒子，不能用牛顿力学描述，要用量子力学描
述。
(2)×长度收缩效应是因为相对运动引起的观测效应，实际长度不变。
想一想
洲际导弹的飞行速度可达6000m/s，地球绕太阳公转的速度是3×
10m/s，这两个速度在相对论中属于高速还是低速？
4
提示：相对论中的高速是可以与光速相比拟的速度，6000m/s、3×
10m/s的速度都远远小于光速，都属于相对论中的低速。
4
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：如图甲，飞机匀速飞行，封闭机舱中的人能用抛球的力学实验
判断飞机相对于地面的速度吗？地面参考系和飞机参考系的力学规律相同吗？
提示：假设人竖直上抛小球，小球的运动遵从牛顿运动定律，不能从这
个实验判断飞机相对于地面的速度。要判断相对速度，可以透过窗户观测云
朵等参照物。以飞机为参考系，小球做竖直上抛运动，以地面为参考系，小
球做斜上抛运动，水平方向的分速度就是飞机相对地面的速度。可见，不论
在哪个参考系
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