《相对论时空观与牛顿力学的局限性》知识全解 【教学目标】 1．感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾，知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。 2．知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设，知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 3．了解宇宙起源的大爆炸理论，知道科学真理是相对的，未知世界必将在人类不懈的探索中被揭开更多的谜底。 【内容解析】 1．以牛顿运动定律为基础的经典力学，在万有引力定律建立后，更趋完美。几乎能解释当时所能看到的从天体到地面上的物体的运动现象，而且是那么地与实际相符合。于是经典力学就被人们广泛接受，并被用到实际中去，带来了许多新技术革命，对人们的生产和生活带来了重大的影响。 2．经典力学的局限性 和任何理论一样，经典力学也有它的局限性，有它的适用范围。 （1）从低速到高速——狭义相对论：当物体运动的速度比真空中的光速小得多时，质量、时间和长度的变化很小，可以忽略，经典力学完全适用。但如果物体运动速度可以和光速相比较时，质量、时间和长度的变化就很大，经典力学就不再适用，狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。 （2）从宏观到微观——量子力学：物理学研究深入到微观世界，发现微观粒子不但具有粒子的性质，还能产生干涉、衍射现象。干涉和衍射是波所特有的性质，也就是说微观粒子具有波动性，这是 牛顿经典力学无法解释的。正是在这种情形下，量子力学应运而生，量子力学能够很好地解释微观粒子的运动规律。 （3）从弱引力到强引力——广义相对论：天文观测发现行星的轨道并不严格闭合，它们的近日点在不断地旋进。这种现象称为行星的轨道旋进。这是用牛顿万有引力定律无法得到满意解释的。爱因斯坦创立了广义相对论，根据广义相对论计算出的水星近日点的旋进与天文观测能很好地吻合，爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论，爱因斯坦还根据广义相对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观测所证实的。 3．经典力学适用于低速运动，适用于宏观世界，适用于弱引力情况。对于高速运动、微观世界、强引力情况，经典力学与实际情况差异很大，不再适用。 【知识总结】 1．经典力学的适用范围，只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于客观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力，不适用于强引力的情况。 2．对于高速运动（接近光速）需要应用爱因斯坦相对论，当物体的速度远远小于真空光速时，相对论物理学与经典物理学的结论是没有区别的。 3．对于微观世界，需要应用量子力学，当普朗克常数可以忽略，量子力学与经典力学的结论没有区别。 4．针对弱引力，需应用爱因斯坦的引力理论，当天体的实际半径远大于它的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出来的结果差别不大。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/f934b738551252d380eb6294dd88d0d232d43c7e.html