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第二十二天：相对论时空观与牛顿力学的局限性相对论时空观与牛顿力学的局限性的内容的考点：1、经典力学的局限性；2、经典相对性原理；3、狭义相对论的两个基本假设；4、“同时”的相对性；5、长度的相对性；6、时间间隔的相对性及其验证；7、相对论速度变换公式；8、相对论质量。
知识点1：相对论时空观与牛顿力学的局限性一、牛顿力学时空观绝对时空观（牛顿力学时空观）：时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的。
该观点认为时间和空间是相互独立的。
不同参考性系之间的速度变换关系满足伽利略变换，比如河中的水以相对于岸的速度v 水岸流动，河中的船以相对于水的速度v 船水顺流而下，则船相对于岸的速度为v 船岸＝v 船水＋v 水岸。
二、相对论时空观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 。
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。
爱因斯坦两个假设：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。
相对论的两个效应：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 ，那么两者之间的关系是Δt ＝Δτ1－(v 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。
长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，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l ＝l 01－(v c)2。
l 与l 0的关系总有l ＜l 0，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关。
低速运动：通常所见物体的运动，如投出的篮球、行驶的汽车、发射的导弹等物体皆为低速运动物体。
初中三年级物理科目教案认识相对论的基本原理初中三年级物理科目教案：认识相对论的基本原理第一节：引言物理学是一门研究自然界各种现象和规律的科学，相对论是现代物理学的重要分支之一。
在初中三年级物理科目中，学生需要了解相对论的基本原理，以帮助他们更好地理解宇宙的奥秘。
本教案将引导学生认识相对论的基本原理，并通过实例和互动讨论，提高学生对相对论的理解。
第二节：认识相对论的历史背景相对论的起源可以追溯到19世纪末的经典物理学理论。
爱因斯坦在1905年提出了狭义相对论，之后又发展出了广义相对论。
狭义相对论主要探讨高速运动下时间和空间的变化规律，而广义相对论更关注引力和重力场的影响。
第三节：狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理包括以下几点：1. 相对性原理：物理定律在所有惯性系中都成立。
这意味着无论观察者的运动状态如何，物理规律都是一致的。
2. 光速不变原理：光在真空中的速度是一个恒定值，并且不受观察者运动状态的影响。
这一原理对于后续推导出的其他相对论规律具有重要影响。
3. 时间的相对性：时间的流逝速度取决于观察者的运动状态。
当物体接近光速时，时间会变慢，这被称为时间膨胀效应。
4. 空间的相对性：物体在运动中会发生长度收缩，即相对于静止观察者而言，运动物体的长度会变短。
第四节：广义相对论的基本原理广义相对论在狭义相对论的基础上引入了引力的概念，并提出了引力场的曲率概念。
广义相对论的基本原理包括以下几点：1. 等效原理：无论是受重力作用还是加速度作用，质点运动的轨迹都是相同的。
也就是说，质点在弯曲的时空中运动时，它的轨迹受到了引力场的影响。
2. 弯曲时空的概念：质量和能量会产生引力场，引力场会使时空发生弯曲。
其他物体在引力场中受到引力作用时，会按照弯曲时空的几何规则运动。
第五节：相对论的应用范围和重要性相对论不仅在理论物理研究中应用广泛，也在现实生活中有许多实际应用。
以下是相对论的一些应用范围和重要性：1. GPS导航系统：由于地球表面的引力场和运动速度的影响，GPS 导航系统需要考虑狭义相对论的修正，以确保定位的准确性。
广义相对论简介教学目标一、知识目标1、理解惯性力的概念，会在非惯性系中用惯性力解决问题．2、理解惯性质量和引力质量不可区分．3、知道广义相对性原理和等效原理．4、知道光线在引力场中的弯曲及其验证．5、知道时间间隔和杆的长度都和引力场有关，知道它们在天文观测中的验证．6、了解欧几里得几何学是有局限性的．二、能力目标培养学生严密的逻辑思维习惯，开阔学生视野，激发学生进一步学习的愿望．三、情感目标通过对本节知识的分析，培养学生的逻辑思维能力．教学建议1、通过相关的力学习题让学生在非惯性系中理解题目，为广义相对论的学习做好准备．2、练习四中的第（3）题并不难，但要注意证明过程中引力质量和惯性质量相等这一判断所起的作用．3、广义相对论很难理解，学生能有初步认识就可以勒，不必追求正确的理解和严格的逻辑关系．这点和前面几节不同．扩展资料惯性质量和引力质量使物体改变运动状态，需要力的作用．在相同的力作用下，质量越大的物体的加速度越小．这表明了质量是表示物体所具有的阻碍运动状态改变的一种属性，质量越大，物体越不容易改变其运动状态，所以质量是物体惯性大小的量度．物体的这一性质跟物体是否受有重力作用完全无关（譬如放在水平的气垫导轨上的滑块，或物体在完全失重的情况下）．因此，牛顿第二定律的公式中所出现的质量m，叫做惯性质量．根据万有引力定律可知，物体受到的地球引力的大小和物体的质量成正比．为了使物体不致由于受到地球引力而掉向地面，可将物体用绳子悬挂起来（或用支持物支承住）．这样，绳子（或支持物）就发生形变，物体的质量越大，就需要绳子（或支持物）发生更大程度的形变才能产生足够大的弹力来跟物体所受到的地球引力相平衡．因此，在这里质量的概念反映了物体所包含的物质的多少．质量越大，物体所含的物质越多，受到的地球引力就越大．因此，万有引力定律公式中所出现的物体质量，叫做引力质量．惯性质量和引力质量从不同的侧面描述了物质的属性，它们之间存在着怎样的关系呢？设有A、B两个物体，它们的惯性质量分别为，引力质量分别为．把A、B这两个物体放在地球（质量为M，半径为R）上的同一地点，则它们所受到的地球引力分别为：若将以上两式相比，则得：（1）这表明了A、B物体所受重力的比等于它们的引力质量的比．如果使A、B物体在重力的作用下自由下落，则根据牛顿第二定律可知，．由于在同一地点，重力加速度都相等，即．于是：（2）这表明了在地球上同一地点，物体的重量的比等于它们的惯性质量的比．比较（1）式和（2）式，可见物体的惯性质量m和引力质量是一致的．对单摆的振动加以讨论，也可以得出惯性质量和引力质量等效的结论．单摆振动在偏角很小的情况下，可看做是简谐振动．对于简谐振动来说，它的周期；式中m是振动系统的惯性质量，k是决定于振动系统的一个常数．在单摆这一振动系统中，，式中是摆球的引力质量．代入周期公式，得单摆振动的周期公式从实验证明，在摆角很小时，单摆的振动周期跟摆长l的平方根成正比，跟所在地点的重力加速度g的平方根成反比，而与物体质量无关，即．这只有在认为的情况下才是可能的．因此物体的惯性质量和引力质量是等效的．因此，在中学物理教学中，不必区分惯性质量和引力质量．黑洞半径究竟多大？第十六届全国中学生物理竞赛第七题是一个关于黑洞的题：1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上，德国Max planck学会的一个研究组宣布了他们的研究成果：银河系的中心可能存在一个大黑洞．他们的根据是用口径为3.5m的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星体进行近六年的观测所得到的数据．他们发现，距离银河系中心约60亿千米的星体正以2000km/s的速度绕银河系中心旋转．根据上面的数据，试在经典力学范围内（见提示2），通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？（引力常数）提示：1、黑洞是一种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用．2、计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型，在这种模型中，在黑洞表面上的所有物质，即使初速度等于光速也逃脱不了其引力的作用．这个题通常有下列两种解法：解法一设黑洞质量为M、半径为R．再设黑洞表面有一个质量为，初速度为的物体，它恰好能逃脱黑洞的引力飞到无穷远处．如果取无穷远处的势能为零，则根据机械能守恒有（1）根据提示2可知，该物体的初速度只有大于光速，才有可能逃脱黑洞引力，故（2）由（1）和（2）可得：（3）设绕银河系中心旋转的星体的质量为、速度为、轨道半径为r，根据万有引力定律和牛顿第二定律有：（4）由（3）和（4）可得：（5）将代人（5）可得km，即黑洞的最大半径为km．解法二设光子质量为m，当它绕黑洞作半径为R的匀速圆周运动时，有：（6）由（4）和（6）可得：km。
