第7章萬有引力與宇宙航行第5節相對論時空觀與牛頓力學的局限性導入為什么墨菲的爸爸比墨菲還要年輕?該用什么知識解釋這種神奇的現象呢?環節一：絕對時空觀與光速不變實驗的矛盾

在高鐵運行的過程中，高鐵上的乘客觀察到的時間、長度與地面上的觀察者觀察到的相同嗎?時間和空間都不會因為物體運動而改變的觀念是什么?環節一：絕對時空觀與光速不變實驗的矛盾時間和空間都是獨立于物體及其運動而存在的，所以高鐵上的乘客和地面上觀察者觀察到的結果是相同的，這種時空觀叫絕對時空觀，也叫牛頓力學時空觀。環節一：絕對時空觀與光速不變實驗的矛盾飛船以0.2c

的速度進行星際航行，若此時飛船向正前方的某一星球發射一束激光。星球上的觀察者測量到的激光的速度是多少?判斷的依據是什么?是否與我們已有的知識相矛盾?環節一：絕對時空觀與光速不變實驗的矛盾由運動的合成知識可以知道，星球上的觀察者測量到的激光速度是1.2c。但這與我們之前知道的光速c是自然界最快的速度矛盾了。環節一：絕對時空觀與光速不變實驗的矛盾電磁波的傳播速度是c，有指明這個速度是相對于哪個參考系的嗎?沒有指明說明了什么?對于任何參考系光速都是c。環節二：相對論時空觀以自身為參考系，火車是運動的嗎?相對于火車，閃光是否同時到達前壁和后壁?以自身為參考系，火車就是相對靜止的，向前、向后的閃光運動速度相同，運動的距離也相同，所以運動時間也相同，會同時到達前壁和后壁。環節二：相對論時空觀以地面為參考系，光剛從光源發出時，前壁和后壁與光源的距離是否相等?經過Δt時間后，前壁和后壁與光發出時的位置的距離還相等嗎?為什么?根據光速不變原理，光到達前壁的時間與光到達后壁的時間還相等嗎?相同的過程，在相對靜止的參考系中觀察是同時發生的，但在相對運動的參考系中觀察的結果卻是不同時的。可見，“同時”是相對的。環節二：相對論時空觀假設前壁和后壁之間的距離(車長)是2L，你能導出時間差的關系嗎?ct1=vt1+Lct2=L-vt2環節二：相對論時空觀時間延緩效應環節二：相對論時空觀長度收縮效應如果與桿相對靜止的人測得桿的長度為l0，沿著桿的方向，以速度v相對于桿運動的人測得桿的長度為l，那么兩者之間的關系為所以總有l<l0環節二：相對論時空觀科學家發現μ子以0.99c

甚至更高的速度飛行，根據經典理論可計算每秒到達地球的μ子數，這個數值小于實際觀察到的μ子數。請你分析其中的緣由。根據相對論的時間延緩效應，在地面進行觀察時，μ子運動速度是0.99c，所以μ子的平均壽命會變長，運動距離也會變大，因此在地面上測量到的數量會更多。環節三：牛頓力學的局限性相對論提出后，牛頓力學是否還有價值?它的適用條件是什么?在低速、宏觀、弱引力的情形下，牛頓力學仍然成立。經典力學是經過實驗檢驗的，不會被新的科學成就所否定，而是作為某些條件下的特殊情形，被包括在新的科學成就之中。環節四：課堂小結本節課我們一起認識了光速不變的含義和愛因斯坦的兩個假設，認識到時間、空間和運動是緊密聯系的，時間和空間的這種性質就叫作時空的相對性。相對論對人的觀念和思維產生了深刻的影響，在科學史上是革命性的大事件。那么，通過本節課的學習，你的認識中有了哪些巨大轉變?課堂練習1.關于物理學史，下列說法中正確的是（）A.伽利略創立了一套對近代科學發展極為有益的科學方法，

這些方法的核心是把實驗和邏輯推理(包括數學演算)和諧

地結合起來B.日常生活中，我們察覺不出桌子、西瓜、人體是互相吸引

的，因此萬有引力定律不成立C.“時間延緩效應”和“長度收縮效應”與牛頓力學的結論

并不相同，因此相對論的提出否定了牛頓力學D.牛頓整理了開普勒的觀測數據之后，發現行星運動的規律A課堂練習A

2.如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們之間的距離為L，則飛船A測得兩飛船間的距離（）A.大于LB.等于LC.小于LD.不能確定課堂練習3.π介子是不穩定粒子，在靜止參考系中，它的壽命約為2.55×1