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【人教版物理】《相对论时空观与牛顿力学的局限性》ppt1

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《相对论时空观与牛顿力学的局限性》人教版高中物理优秀课件1

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》人教版高中物理优秀课件1
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狭义相对论的两个假设
上述的矛盾使我们面临两个选择，要么放弃 麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存 在．爱因斯坦选择了后者．并提出了两个假设：
二 相对论时空观
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入， 人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电 磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁 场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了 相对论的出现．
相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循 的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识， 它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座 重要的里程碑．
第五节 相对论时空观与牛顿力学局限性
有关相对性的思考？
一群大学生说说笑笑，跑来问爱因斯坦，什 么叫相对论．他回答说：“你坐在一个漂亮姑娘 旁边，坐了两小时，觉得只过了一分钟；如果你 紧挨着一个火炉，只坐了一分钟，却觉得象过了 两个小时．这就是相对论．”
一 经典时空观 不同的参考系中观察物体的运动情况可能不
二 相对论时空观 4。物体质量随速度的增加而增大
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真空中的光速在不同的惯 性参考系中都是相同的
光速不变原理
在不同的惯性参考系中， 一切物理规律都是相同的

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》人教版高中物理1

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时间间隔为Δt，则Δt=_____1－__( _vc )_2___。
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二、牛顿力学的成就与局限性 【思考】 能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗？ 提示：不能。
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2．时间延缓效应： 如果相当于地面以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Δr， 地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的
r
2．物体速度较高时，其相对论长度l= l0
1－( v)2 。
c
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【解析】当火箭速度较低时，火箭上的人看到铁路的

高中物理【相对论时空观与牛顿力学的局限性】优秀课件

高中物理【相对论时空观与牛顿力学的局限性】优秀课件
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相对论时空观与牛顿力学的局限性
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学习目标要求
核心素养和关键能力
1.知道爱因斯坦的两条假设，了解时间延
缓效应、长度收缩效应，认识牛顿力学的
成就与局限性。
1.物理观念：爱因斯坦
2.知道牛顿力学的适用范围，认识物理学 的相对论。
中理论的相对稳定性，要有质疑精神。 2.科学思维：质疑与实
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[解析] 牛顿力学只适用于低速宏观的物体，故A正确；相对论和量子 力学的出现，并没有否定牛顿力学，只是说牛顿力学有一定的适用范 围，故B错误；量子力学描述了微观粒子运动的规律性，故C正确；万 有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用 的，故D错误。
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[思路点拨] 解此题的关键是理解公式 l＝l0 符号的意义。
1－vc22、Δt＝
Δ1－τ vc22中各
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[答案] (1)30 m (2)30 m (3)26 m (4)1 min [解析] 火箭上的人相对火箭永远是静止的，无论火箭速度是多少，火 箭上的人测得的火箭的长与静止时测得的火箭的长均是 l＝30 m，而火 箭外面的观察者看火箭时，有相对速度 v，则它的测量值要缩短，即 l′ ＜l，由 l＝l0 1－vc22得，当 v＝3×103 m/s 时，l′＝30× 1－10－10 m≈30 m，当 v＝2c时，l′≈26 m。火箭上时间 Δτ＝1 min，火箭的速度
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2．爱因斯坦假设中的主要效应

课件人教版《相对论时空观与牛顿力学的局限性》PPT课件-人教版

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(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．
有一定的局限性，对高速微观粒子不适用，故D正确. (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．
第七章 万有引力与宇宙航行
5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
物理 必修 第二册 配人教版
第七章 万有引力与宇宙航行
学习目标
学法指导
1.知道光速不变原理，了解 1.通过学习和阅读教材，初步了解相对论时
相对论的时间延缓效应和长 空观．了解时间延缓和长度收缩效应．通
度收缩效应
过阅读“科学漫步”激发关注宇宙起源和
(多选)下列说法正确的是
()
A．研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式
B．研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式
C．研究电子运动要用狭义相对论原理，研究铅球运动可用牛顿运
动定律
D．研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律
【答案】AC
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第七章 万有引力与宇宙航行
2．相对论时空观
(1)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是 __相__同____的．
(2)时间延缓效应：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，而地面上Δ的τ 人观察
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7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件-高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件-高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
在微观世界中（尺度在10-10m以下），由于物质的存在和运动形式 （波粒二象性），较宏观世界，有较大的不同,牛顿力学也不适用。
相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难被普 通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的 内容。这使人们想起英国诗人波谱的诗句:
【典例1】以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( ) A．低速、宏观的运动问题 B．高速、微观的运动问题 C．低速、微观的运动问题 D．高速、宏观的运动问题
所以当两束光打到同一片区域发生干涉现象时，有的位置是波峰碰波 峰，或者波谷碰波谷，有的位置是波峰碰波谷，波峰波谷相遇区域内 就会形成明暗相间的条纹
第三阶段，我们来了解迈克耳孙-莫雷实验的原理
迈克耳孙（Albert Abrahammichelson）和莫雷（Edwardmorley）是两位物理学家的名 字，他们因为这个实验获得了1907年的诺贝尔物理学奖。这个实验是为了验证以太是否存 在。
就是一把相对地面在运动着的尺 子，长度会在尺子运动的方向上 缩短。这里的缩短，是地面上， 相对于地面静止的观察者测量到 的尺子长度会变短。
尺子上有另一个观察者的话， 他测量到的尺子长度还是原 来的长度
假设这个时候爱因斯坦站在地面上 不动，他可以这样测量尺子的长度： 当尺子的头部经过爱因斯坦的时候， 他记录下一个时间，与此同时，在 尺子的头部做一个记号；当尺子的 尾部经过他的时候，他也记录下一 个时间，并在尺子的尾部也做一个 记号。这样的话，对于爱因斯坦来 说，他量出来的尺子的长度，其实 就是他记录下来的两个时间差，乘 以尺子的运动速度。
那科学家究竟是如何验证光速真的是不变的 呢？ 这就要说到19世纪末的著名实验——迈克耳孙-莫雷实验 （Michelson-Morley experiment）。理解这个实验，需要建立三 个阶段的认知。

人教版相对论时空观与牛顿力学的局限性PPT实用课件1

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探究一
探究二
随堂检测
4.(多选)在地面附近有一高速飞过的火箭,关于地面上的人和火箭
中的人观察到的现象中正确的是(
)
A.地面上的人观察到火箭变短了,火箭上的时间进程变快了
B.地面上的人观察到火箭变短了,火箭上的时间进程变慢了
C.火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D.火箭上的人看地面上的物体长度变短,时间进程变慢了

1-
2
<1,所以总有

l<l0,
此种情况称为长度收缩效应。
(3)结论: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。
4.实验验证
(1)高速运动的μ子寿命变长,导致在地面附近实际观测到的μ子的数
量大于经典理论作出的预言。
(2)“铯原子钟”实验结果与相对论的理论预言符合得很好。
D.真空中的光速在不同的惯性参考系中大小是有差别的
解析:狭义相对论的基本假设有两个,分别是狭义相对性原理和光
速不变原理,选项A、C正确。
答案:AC
必备知识
自我检测
3.一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞过。
(1)火箭上的人测得火箭的长度应为
。
(2)观察者测得火箭的长度应为
。
(3)如果火箭的速度为光速的二分之一,观察者测得火箭的长度应
探究二
随堂检测
知识归纳
相对论时空观的“两个基本假设”和“两个效应”的理解
1.两个假设
(1)在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的。也就是说,
物理学的定律与惯性系的选择无关。
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。也就是

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》高中物理ppt优质课件人教版1

)
像一切科学一样，牛顿力学没有也不会穷尽一切真理，它也 有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交 响曲”．
学习任务一 经典相对性原理与狭义相对性原理
探究点 1 经典相对性原理 (1)如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系？ (2)运动的时钟变慢是不是因为时钟的构造因运动而发生了 改变？ (3)如何理解经典相对性原理？
5.
知识导图
核心素养 物理观念：惯性系的概念，经典时空观与相对论时空观． 科学探究：查阅相对论时空观的验证资料，体会人类对自然 界的探究是不断深入的． 科学思维：经典理论与狭义相对论的区别． 科学态度与责任：会利用相对论时空观解释与日常生活相关 的时间和长度的相对性问题
知识点一 相对论时空观 阅读教材第 65～67 页“相对论时空观”部分． 1．经典相对性原理： 表述一：力学规律在任何 惯性系 中都是相同的． 表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判 断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 匀速直线 运动． 表述三：任何惯性系都是 平权 的．
2．狭义相对论的两个基本假设：
(1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速
都是 一样的 ．
(2)两个基本假设.
项目
内容
狭义相对 性原理
在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
光速不变 真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同
原理 的
3.时间和空间的相对性
(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
提示：(1)我们通常选大地是惯性参考系，相对于地面静止 或做匀速运动的物体都是惯性参考系；相对于地面做变速运动的 物体都是非惯性参考系．
(2)运动的时钟变慢是在两个不同的惯性系中进行时间比较 的一种效应，不是因为时钟的结构或精度因运动而发生了改变．

物理人教版(2019)必修第二册7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性(共28张ppt)


(2)牛顿力学的局限性：牛顿力学对于 高速运动的物体和电 子、质子、中子等微观粒子是不适用的。
(3)量子力学的建立能够很好地描述 微观粒子 运动的规律， 并在现代科学技术中发挥了重要作用。
(4)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。
经典力学与相对论、量子力学的比较
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
第 5 节 相对论时空观与牛顿力学的局限性
课标要求 1．知道什么是绝对时空观和相对论时空观。 2．知道爱因斯坦的两个假设。 3．知道时间延缓效应和长度收缩效应。 4．了解牛顿力学的局限性和适用范围。
从文艺复兴开始的近代科学革命，经过伽利略、第谷、开普 勒等人的工作，科学取得很大进步，这种发展到牛顿那里 达到顶峰.
答案：A
【基础练习】
• 1、物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产 的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是( )
A.牛顿发现了万有引力定律 B.牛顿通过实验证实了万存引力定律 C.相对论的创立表明经典力学已不再适用 D.爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推广到高速领域
2．相对性原理 (1)根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系 中都是一个常量。 (2)迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的 相对运动，光速都是相同的。
3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设 (1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。 (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。 4．长度的相对性——“动尺变短” 狭义相对论中的长度公式：l＝l0 1－vc2中，l0 是相对于 杆静止的观察者测出的杆的长度，而 l 可以认为是杆沿自己的长 度方向以速度 v 运动时，静止的观察者测量的长度。

人教版高中物理必修第二册：相对论时空观与牛顿力学的局限性【精品课件】

时，若选μ子为参考系，μ子的平均寿命是多少？若以地面为参考系，μ子的平均寿命是多少？
【分析】若选μ子为参考系，μ子的平均寿命为
t1=3.0μs；若以地面为参考系，μ子的平均寿命为：t2
t2
t1
v 2
1 ( )
c

3.0
1 0.99 2
21s
事实上，到达地面的μ子，大多产生于距地面8km的高空，科学家们根据经典理论，可
D.随着相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
【解析】A对：经典力学适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的。
B错：经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的。
C、D错：在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出
地面上的观察者:闪光先到达车厢后壁，后到达前壁（图乙）
同时性是相对的
在爱因斯坦两个假设的基础上，经过严格的数学推导，可以得到下述结果。
a、相对时间
如果相对地面以v运动的某惯性参考系上的人，观察与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔
为t0，地面上的人观察该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为t，两者之间的关系为：
当堂检测
1. 2016年2月11日，科学家宣布探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的
最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学，下
列说法正确的是（ A ）
A.经典力学完全适用于宏观低速运动
B.经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C.随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》万有引力与宇宙航行PPT 图文


【解析】当火箭速度较低时,火箭上的人看到铁路的长 度基本不变,还是100 km。 当火箭的速度达到0.6c时,由相对论长度公式 l= 代l=入1l00相01－×应( vc的)2数k据m得=:80 km。 答案:100 km 80 km
1－0.62
【拓展例题】考查内容:光速不变原理的理解 【典例示范】科学家预言,在遥远的将来,离子推进发 动机驱动的宇宙飞船很可能会用于宇宙航行,这种飞船 能以接近光速飞行。设想在以0.9c飞行的飞船上打开 一个光源,则下列说法正确的是( )
A.飞船正前方的观察者看到的光速为1.9c
B.飞船正后方的观察者看到的光速为0.1c
C.在垂直飞船前进方向上的观察者看到的光速是
D.在任何地方的观察者看到的光速都是c
1.81c
【正确解答】选D。根据光速不变原理知,在任何惯性 系中测得的真空中的光速都相同,都为c,故D正确。
【课堂回眸】
凡事都是多棱镜，不同的角度会看到不 同的结 果。若 能把一 些事看 淡了， 就会有 个好心 境，若 把很多 事看开 了，就 会有个 好心情 。让聚 散离合 犹如月 缺月圆 那样寻 常，
低速
高速
长度的收缩效应 1.物体速度较低时,相对论长度近似等于静止长度。
2.物体速度较高时,其相对论长度l=
l0
1－( v )2 。
c
【典例示范】 地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以 30 km/s的速度掠过,则火箭上的人看到铁路的长度应 该为多少?如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看 到的铁路的长度又是多少?
1.牛顿力学的成就:从地面上物体的运动到天体的运动, 都2.服牛从顿_力牛_学_顿_的_力_局_学_限_的性规:律。 (1)微观世界:电子、质子、中子等微观粒子,发现它们 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。 (2)牛顿力学只适用于_____运动,不适用于_____运动。
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阅读教材第 68 页“牛顿力学的成就与局限性”部分．
1．牛顿力学的成就 (1)从地面上物体的运动到 天体 的运动，从拦河筑坝、修建 桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等 现代交通 工具的运动，从投出篮球到发射 导弹 、人造地球卫星、宇宙飞
船……所有这些都服从牛顿力学的规律． (2)牛顿力学在如此广阔的领域里与实际相 符合 ，显示了
②这里的力学规律是指“经典力学规律”． ③本原理可以有不同表示，比如，在一个惯性系内进行的任 何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的．
探究点 2 狭义相对论的两个基本假设 (1)光速不变已经被实验证实，为何仍叫“假设”呢？ (2)如何理解光速不变原理？ (3)伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同？
提示：(1)虽然实验表明了假设所说的内容，但这终归是有限的几 次实验．只有从这两个假设出发，经过逻辑推理(包括数学推导)所提 出的大量结论都与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理．
(2)我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也不同，这 是经典力学中速度的概念，但是，1887 年迈克耳孙—莫雷实验中证明 的结论是：不论取怎么样的参考系，光速都是一样的，也就是说光速 的大小与选取的参考系无关．光的速度是从麦克斯韦方程组中推导出 来的，它没有任何前提条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的 速度．
(1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速
都是 一样的 ．
(2)两个基本假设.
项目
内容
狭义相对 性原理
在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
光速不变 真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同
原理 的
3.时间和空间的相对性
(1)时 上的人观察到
提示：(1)我们通常选大地是惯性参考系，相对于地面静止 或做匀速运动的物体都是惯性参考系；相对于地面做变速运动的 物体都是非惯性参考系．
(2)运动的时钟变慢是在两个不同的惯性系中进行时间比较 的一种效应，不是因为时钟的结构或精度因运动而发生了改变．
(3)①惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这 个参考系叫作惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个 参考系也是惯性系．
知识点一 相对论时空观 阅读教材第 65～67 页“相对论时空观”部分． 1．经典相对性原理： 表述一：力学规律在任何 惯性系 中都是相同的． 表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判 断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 匀速直线 运动． 表述三：任何惯性系都是 平权 的．
2．狭义相对论的两个基本假设：
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)19 世纪末和 20 世纪初，物理学研究深入到 微观世界，发 现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子
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．
(2)20 世纪 20 年代， 量子力学 建立了，它能够很好地描述 微观粒子 运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用．
)
像一切科学一样，牛顿力学没有也不会穷尽一切真理，它也 有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交 响曲”．
学习任务一 经典相对性原理与狭义相对性原理
探究点 1 经典相对性原理 (1)如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系？ (2)运动的时钟变慢是不是因为时钟的构造因运动而发生了 改变？ (3)如何理解经典相对性原理？
5.相对论时空观与牛顿力学的局限性
知识导图
核心素养 物理观念：惯性系的概念，经典时空观与相对论时空观． 科学探究：查阅相对论时空观的验证资料，体会人类对自然 界的探究是不断深入的． 科学思维：经典理论与狭义相对论的区别． 科学态度与责任：会利用相对论时空观解释与日常生活相关 的时间和长度的相对性问题
(3)伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的； 狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的．
1．经典相对性原理与狭义相对论的相对性原理： (1)经典相对性原理的三种表述． ①力学规律在任何惯性系中都是相同的． ②在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这 个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动． ③任何惯性参考系都是平权的．
【知识辨析】
(1)牛顿运动定律在任何情况下都成立．( × ) (2)狭义相对论的两个基本假设仅仅是猜想而己，没有任何 依据．( × ) (3)相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题．( × ) (4)在真空中，若物体以速度 v 背离光源运动，则光相对物 体的速度为 c－v.( × ) (5)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间 的测量结果在不同的参考系中是不同的．( √ ) (6)一切惯性参考系中，测得的真空中的光速 c 是相同的．( √
l＝ l0 1－vc2 由于 1－vc2<1，所以总有 l<l0，此种情况称为长度收缩效应．
牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于某一个惯性系做匀 速直线运动的另一个参考系，也是惯性系．
图解：
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．
知识点二 牛顿力学的成就与局限性
3．牛顿力学与相对论的关系 (1)当物体的运动速度 远小 于光速 c 时(c＝3×108 m/s)，相 对论物理学与牛顿力学的结论没有 区别；
(2)当另一个重要常数即普朗克常量 h 可以忽略不计时(h＝6. 63×10－34 J·s)， 量子力学 和牛顿力学的结论没有区别．
(3)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．
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， Δτ
那么两者之间的关系是 Δt＝ 由于 1－vc2<1，所以总有
Δ1t>－Δτvc，2此种情况称为时间
延缓效应 ．
(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 相对杆运动的人测得杆长是 l，那么两者之间的关系是