高中物理 第六章 万有引力与航天课件+素材（打包7套）新人教版必修2.rar

第六章 万有引力与航天第一节 行星的运动(一）古人对天体运动的看法及发展过程1、古代人们对天体运动存在哪些看法？2、什么是 “ 地心说 ” ，什么是 “ 日心说” ？代表人物各是谁？3、 “ 日心说 ” 为什么能战胜 “ 地心说 ” ？试举例说明4、 “ 日心说 ” 的观点是否正确？Ø答：在古代，人们对天体的运动存在着 “ 地心说 ” 和 “ 日心说 ” 两种对立的看法Ø答： (1)地心说 :认为地球是宇宙的中心，地球是静止不动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动 . 代表人物是古希腊学者托勒密 .(2)日心说 :认为太阳是宇宙的中心，地球、月亮及其他行星都在绕太阳运动 . 代表人物波兰天文学家是哥白尼 .Ø答 :“ 日心说 ” 所以能够战胜 “ 地心说 ” 是因为好多 “ 地心说 ” 不能解析的现象 “ 日心说 ” 则能说明 ，也就是说， “ 日心说 ” 比 “ 地心说 ” 更科学，更接近事实。例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的。那么，每天的情况就应相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同。而 “ 日心说 ” 则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。Ø答：从目前科研结果和我们所掌握的知识来看， “日心说 ”也不是绝对正确，有两大缺点：（ 1）把太阳当作宇宙的中心，实际上太阳仅是太阳系的一个中心天体；太阳也不是静止不动的，而在以 2.46×108年的周期绕银河系的中心转动。（ 2）沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的陈旧观念，实际上行星轨道是椭圆的，行星的运动也不是匀速的。(二）开普勒对行星运动的研究1、古人认为天体做什么运动？答：古人把天体运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面上物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。2、开普勒的导师是谁，他认为天体做什么样的运动？答：开普勒的导师是丹麦伟大的天文学家第谷，他对天体运动的看法与其他古人一样，也认为天体在做匀速圆周运动。3、开普勒开始认为天体做何运动？答：开普勒开始受世俗和导师的影响，也认为天体在做匀速圆周运动。4、开普勒后来认为天体做何运动？（ 1） 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上（开普勒第一定律）（ 2） 对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积（开普勒第二定律）l用公式表示为 ：SAB=SCD=SEK l由此可见：行星在远日点 a的速率最小，在近日点 b的速率最大。太阳远日点a近日点bt1t4t3t2（ 3） 所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等（开普勒第三定律）地球·太阳Rl数学表达式： T2R3 =Kl其中 R是椭圆轨道的长半轴， T是行星绕太阳公转的周期， K是一个行星无关的常量。l说明：研究天体运行时太阳系中的九大行星及卫星运动的轨道的两个焦点相距很近，因此行星的椭圆轨道很接近圆。在要求不太高时，通常可以认为行星以太阳为圆心做匀速圆周运动。这样做使处理问题的方法大为简化，而得到的结果与行星的实际运行情况相差并不很大。巩固练习l太阳系中的九大行星均在各自的轨道上绕太阳运动，若设它们的轨道为圆形，若有两颗行星的轨道半径比为 R1： R2=2： 1， 他们的质量比为 M1： M2=4： 1，求它们绕太阳运动的周期比 T1： T2？解：即小结：l地心说：l日心说：l开普勒对行星运动的描述：Ø第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上Ø第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积Ø第三定律：所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等第六章 万有引力与航天第二节 太阳与行星间的引力复 习开普勒行星运动定律第一定律： 所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。第二定律： 对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积第三定律： 所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。即k值与中心天体有关，而与环绕天体无关什么力来维持行星绕太阳的运动呢？科学的足迹1、伽利略：、伽利略： 一切物体都有合并的趋势，这种趋势导一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动致物体做圆周运动 。2、 开普勒：开普勒： 受到了来自太阳的类似与磁力的作用。受到了来自太阳的类似与磁力的作用。3、笛卡儿：、笛卡儿： 在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质 (以太）作以太）作用在行星上，使得行星绕太阳运动。用在行星上，使得行星绕太阳运动。4、胡克、哈雷等、胡克、哈雷等 :受到了太阳对它的引力，证明了受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比，但没法证明行星到太阳的距离的二次方成反比，但没法证明在椭圆轨道规律也成立。在椭圆轨道规律也成立。5、、 牛顿： 如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆 .并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。一、太阳对行星的引力v 1、设行星的质量为 m，速度为 v，行星到太阳的距离为 r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力太阳对行星的引力来提供追寻牛顿的足迹2、天文观测难以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公转周期 T代入追寻牛顿的足迹有3、根据开普勒第三定律即所以代入得追寻牛顿的足迹4、太阳对行星的引力 即追寻牛顿的足迹太阳对不同行星的引力，与 行星的质量成正比 ，与行星和太阳间的 距离的二次方成反比 。二、行星对太阳的引力根据牛顿第三定律，行星对太阳引力 F`应满足追寻牛顿的足迹2,rMF µF F`行星 太阳三、太阳与行星间的引力概括起来有G比例系数，与太阳、行星的质量无关则太阳与行星间的引力大小为方向：沿着太阳和行星的连线追寻牛顿的足迹说一说如果要验证太阳与行星间的引力规律是否适用于行星与它的卫星，我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测前你对这些数据的规律有什么假设？小 结1、太阳对行星的引力：太阳对不同行星的引力，与行星的质量 m成正比，与太阳到行星间的距离 r的二次方成反比2、行星对太阳的引力：与太阳的质量 M成正比，与行星到太阳的距离 r的二次方成反比3、太阳与行星间的引力：与太阳的质量 M、行星的质量 m成正比，与两者距离的二次方成反比（ 1） G是比例系数，与行星、太阳均无关（ 2）引力的方向沿太阳和行星的连线2,rMF µ行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他地方是否适用这个规律呢？第六章 万有引力与航天第三节 万有引力定律一、人们对行星运动规律的原因的认识过程 对于行星运动的动力学原因的解释，人们也进行了长期的探索。科学家们面对实践中发现的问题 ， 进行了大胆的猜想和假设。 1. 天体引力的假设伽利略 ： 一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致天体作圆周运动。开普勒、吉尔伯特 ： 行星是依靠从太阳发出的磁力运行的，这是早期的引力思想。笛卡尔 ： “旋涡 ”假设，宇宙空间存在一种不可见流质 “以太 ”，形成旋涡，带动行星运动。 牛顿 : “月－地 ”检验的思想实验 , 推测地球对月球的引力与地球对物体的重力是同样性质的力。 2. 平方反比假设 布里阿德（法） ： 首次提出了引力大小与距离平方成反比的假设。 哈雷、胡克 ： 利用向心力公式和开普勒定律按照圆轨道推出引力与太阳到行星之间的距离二次方成反比。牛顿 : 成功地运用了质点模型 , 证明了如果太阳和行星之间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨道是椭圆。并且阐述了普遍意义上的万有引力定律。二、万有引力定律的推导及基本内容 两次简化：① 行星运动的椭圆轨道简化成圆形轨道 ; ② 把天体看成质点 . 1. 定律的推导 设行星的质量为 m，与太阳的距离为 r，运行的速度为 v，周期为 T。太阳对行星的引力 F提供行星做匀速圆周运动的向心力 ：定律的推导：定律的推导：，即 F与行星的质量成正比，与行星到太阳的距离的平方成反比。根据牛顿第三定律，行星吸引太阳的引力与太阳吸引行星的力大小相等，那么这个引力也应与太阳的质量成正比。G-------引力常量。2. 基本内容 用 m1和 m2表示两物体的质量 , 用 r表示它们的距离 , 那么可用下式表示：自然界中任何两个物体都是相互吸引的。引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。引力常量的意义是 : 它在数值上等于两个质量都是 1kg的物体相距1m时的相互作用力。G = 6.67×10-11N·m2/kg23. 万有引力定律的适用条件(1)万有引力定律只适用于质点间引力大小的计算。当两物体间的距离远大于每个物体的尺寸时，物体可以看成质点，直接使用万有引力定律计算。 (2)当两物体是质量均匀分布的球体时 , 它们间的引力也可直接用公式计算 , 但式中的 r是指两球心间距离 (两球体间的距离远大于每个球体的尺寸 )。(3)当研究物体不能看成质点时，可以把物体假想成无数个质点，求出两个物体上每个质点与另一物体上所有质点的万有引力，然后求合力。 (一 )万有引力定律的发现 , 是 17世纪自然科学最伟大的成果之一 . 把地面上物体运动的规律和天体的运动规律统一了起来 .(二 )万有引力定律的发现 , 对以后物理学的发展和天文学的发展具有深远的影响 , 它第一次揭示了自然界中一种基本相互作用的规律。(三 )万有引力定律的发现 , 解放了人们的思想，对科学文化的发展起到了积极的推动作用。4. 万有引力定律发现的意义FωO“重力 ”就是 “万有引力 ”吗？思维拓展：思维拓展：“重力 ”就是 “万有引力 ”吗？FωmgF向O三、例题分析例 1. 地球质量大约是月球质量的 81倍，一个飞行器在地球与月球之间，当地球对它的引力和月球对它的引力大小相等时，这个飞行器距地心的距离与距月心的距离之比为多少？ 解：设 R是飞行器到地心的距离 , r是飞行器到月球的距离。 例 2. 地球表面重力加速度为 g, 忽略地球自转的影响 , 在距地面高度为 h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍 ? 已知地球半径为 R。 解：不计地球自转的影响 , 物体的重力等于物体受到的万有引力。 课堂小结 1. 万有引力定律的发现过程。2. 万有引力定律的内容及推导过程。3. 万有引力定律的意义。问题与练习第六章 万有引力与航天第四节 万有引力理论的成就万有引力理论的成就一一 .学习目标学习目标1.了解应用万有引力定律解决问题的基本思路 .3.会根据条件计算天体的密度 .2.掌握两种算天体质量的方法4.会比较两个行星个物理量的大小5.了解发现未知天体的基本思路二二 .基本思路基本思路1.将行星（或卫星）的运动看成是 匀速圆周运动 .2.万有引力充当向心力 F引 =F向 .或在球体表面附近 F引 =G重二二 .基本思路基本思路中心天体 M转动天体 m轨道半经 r三三 .明确各个物理量明确各个物理量天体半经 R四四 .应用一应用一 － 天体质量的计算方法一 .已知天体的球体半径 R和球体表面重力加速度 g.求天体的质量基本思路四四 .应用一应用一 － 天体质量的计算方法二 .已知行星（或卫星）的周期公转周期 T、轨道半径 r，可求出中心天体的质量 M（ 但不能求出行星或卫星的质量 m）四四 .应用一应用一 － 天体质量的计算基本思路四四 .应用二应用二 － 天体密度的计算基本思路：根据上面两种方式算出中心天体的质量 M，结合球体体积计算公式 物体的密度计算公式求出中心天体的密度四四 .应用二应用二 － 天体密度的计算四四 .应用二应用二 － 天体密度的计算当 r≈R 时四四 .应用三应用三 － 比较卫星的各个量基本思路 .万有引力充当向心力 F引 =F向 .四四 .应用四应用四 － 发现未知天体基本思路 .当一个已知行星的实际轨道和理论计算的轨道之间有较大的误差时，说明还有未知的天体给这个行星施加引力 .理论指导实践四四 .应用四应用四 － 发现未知天体思考讨论 1.2020年我们班的某同学驾驶着神州２０号宇宙飞船飞近某一不知名的行星 ,并进入靠近该行星表面的圆形轨道运行 , 对该行星进行观测．需要测定该行星的密度请同学们帮他想想办法．2.木星是绕太阳公转的行星之一 ,而木星周围又有卫星绕它转动如果要测木星的质量需要测量哪些量 ?第六章 万有引力与航天第五节 宇宙航行一、人造卫星的发射原理牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落加地面设地球质量为 M， 半径为 R。 人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为 m， 轨道半径为 r。 那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的 速度 v如何推算 ？ 卫星离地心越远，它运行的速度越慢。这 就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的 最低发射速度 ，叫做 第一宇宙速度 。近地面的卫星的速度是多少呢？二、宇宙速度1、第一宇宙速度： (环绕速度 ） V1=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2、第二宇宙速度： (脱离速度 ) V2=11.2km/sV3=16.7km/s3、第三宇宙速度：（ 逃逸速度 ）→ 人造行星→ 人造恒星人造卫星概念辨析 发射速度和运行速度1、发射速度： 是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。2、运行速度： 是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。r↗ v↘ 近地卫星其它卫星① 宇宙速度均指发射速度② 第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度三、人造卫星的运动规律可见： v、 ω 、 T 与 r 为 一 一对应关系练习： 求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？四、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段发射 加速上升 超重回收 减速下降 超重2、沿圆轨道正常运行只受重力 a = g 完全失重与重力有关的现象全部消失天平 弹簧秤测重力 液体压强计五、地球同步卫星1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期： T＝ 24h2、所有的同步卫星只能 分布在赤道上方的一个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。对同步卫星：其 r、 v、 ω、 T 、 g 均为 定值h练习： 求同步卫星离地面高度地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度 h ？同步卫星为了卫星之间不互相干扰，大约 3°左右才能放置 1颗，这样地球的同步卫星只能有 120颗。可见，空间位置也是一种资源。h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即 :重力 =万有引力 =向心力赤道轨道极地轨道 倾斜轨道同步轨道 自转轴（ 2）在神六逐渐向地球靠近的过程中，神六的 (A) 机械能逐渐减小 (B) 动能逐渐减小(C) 运行周期逐渐减小 (D) 加速度逐渐减小（ 1）神六在绕地球运行的过程中，由于高空稀薄空气的阻力影响，将很缓慢地逐渐向地球靠近，神六将做类似于 ________（填 “离心运动 ”“向心运动 ”“圆周运动 ”） 神州六号的相关问题3、神六变轨神六飞船入轨后先是在近地点 200公里，远地点 350公里的椭圆轨道上运行，运行 5圈时，然后变轨到距地面 343公里的圆形轨道。 10月 12日 15时 55分，北京航天飞控中心发出指令，启动神舟六号轨控发动机，从 15时 54分 45秒开始，发动机工作了 63秒，飞船的运动已接近圆形，变轨成功了！ QPv3比较 v1、 v2、 v3的 大小 ?v1v2神州六号的相关问题v1____v2v2____v3v1____v3v1v3v2小 结 ：一、宇宙速度1、 第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s2、 第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s3、 第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s二、同步卫星1、 周期 T=24h2、 卫星轨道平面与地球赤道平面重合第六章 万有引力与航天第六节 经典力学的局限性1.物体的质量与运动速度有关在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。但是，按照 20世纪初著名物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。物体的质量与运动速度的关系是 ，式中 m0是物体静止时的质量， m是物体速度为 v时的质量， c是真空中的光速 。可见，当 v＜＜ c时， m≈m0；当 v趋近于 c时， m趋近于无穷大。因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。 2.经 典力学中速度叠加原理不再成立设 河流中的水相 对 于河岸的速度 为 ,船相 对 于水的速度 为 ,则 在 经 典力学中，船相 对 于岸的速度 为 这 似乎是天 经 地 义 的。但是， 这 个关系式涉及两个不同的 惯 性参考系，而速度 总 是与位移（空 间长 度）及 时间间 隔的 测 量相 联 系。相 对论认为 ，同一 过 程的位移和 时间 的 测 量在不同参考系中是不同的，因而上式不能成立。（矢量和）3.两种不同的时空观本节教材在 “科学漫步 ”栏目 《 时间和空间是什么？ 》 一文中提到了牛顿和爱因斯坦的两种不同的时空观。牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观 。爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。4.经典力学难以解释微观粒子的运动科学家们发现，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，它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪 20 年代量子力学的出现，才很好地揭示了微观世界的基本规律。5.强引力作用下出现的问题牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在不断旋进（参见教材图 7.6-1），其实际观察值要比经典力学的预言值多。 1915年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转，且已被观测证实。另外，根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为 0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个 “引力半径 ”的时候，这个引力半径的值由天体的质量决定。当天体的实际半径接近引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异急剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。6.经典力学的适用范围经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。7.牛顿的科学方法本节教材在 “科学足迹 ”栏目 《 牛顿的科学生涯》 一文中总结了牛顿的科学方法，这些科学方法值得我们借鉴：重视实验：重视实验，从归纳入手，这是牛顿科学方法论的基础。逻辑推论：为了归纳成功，不仅需要大量的可靠资料与广博的知识，而且要有清晰的逻辑头脑。数学归纳：事物之间的本质联系只有通过数学才能归纳为能够测量、应用和检验的公式和定律。补充内容1.狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的整套理论是基于以下两个基本假设之上的：a.爱因斯坦相对性原理：在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的。b.光速不变原理：真空中的光速在不同的参考系中都是相同的。2.时间的相对性 ——“ 钟慢效应 ”时间的相对性符合以下规律： 式中 v是运动物体的速度， c是真空中的光速，△ t’是运动体中的观察者观察到的时间间隔，△ t是地面上的观察者观察到的时间间隔。由于 ＜ 1，所以 △ t＞ △ t’，即运动体中的观察者观察到的时间间隔变短了，从地面上观察运动物体的时间变慢了。这就是所谓的 “钟慢效应 ”。3.空 间 的相 对 性 ——“ 尺 缩 效 应 ”空 间 的相 对 性符合以下 规 律： 式中 v是运 动 物体的速度， c是真空中的光速， L’ 是运 动 体中的 观 察者 测 得的 长 度，L是地面上的 观 察者 测 得的 长 度。＜ 1，所以 L＜ L’ ， 即地面上的观察者观察到运动体的长度变短了。这就是所谓的 “尺缩效应 ”。由于4.相对论速度叠加公式相对论的速度叠加公式为： 5.广义相对论的两个基本原理广义相对论有以下两条基本原理：广义相对性原理：在任何参考系中（包括惯性参考系和非惯性参考系）物理规律都是相同的。等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动得到参考系是等效的。6.关于量子力学20世纪 20年代，海森堡、薛定谔、玻尔、玻恩、狄拉克等物理学家建立了量子力学。开始，海森堡和薛定谔互相独立地提出了数学表达形式不同的理论，后来薛定谔很快就证明了这两种理论是完全等价的，是对同一事物的两种描述方式。薛定谔的理论更接近德布罗意的物质波的观念，也常常称为波动力学。薛定谔力图用数学形式来描述物质的波粒二象性，他从麦克斯韦的光的电磁学说得到启发，认为电子的德布罗意波也可以用类似于光波的方式来描述，于是写出了描述物质波的方程，这就是 著名的薛定谔方程。这个方程既描述了电子的物质波的行为，又含有电子的粒子性的特征。量子力学出现以后，在说明原子结构方面迅速取得了巨大的成功，很快地被物理学家所接受。现在它的应用已远远超出原子结构的范围，成为物理学家研究微观世界的基本理论工具。本节知识的应用主要涉及经典力学的局限性，以及对相对论与量子力学的初步了解。例 1 相对论给出了物体在 状态下所遵循的规律，量子力学给出了 世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了 作用下的相关问题，而经典力学只适用于 ，不适用于 。解析 相对论给出了物体在高速运动状态下所遵循的规律，量子力学给出了微观世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了强引力作用下的相关问题，而经典力学只适用于低速运动、宏观世界和弱引力作用，不适用于高速运动、微观世界和强引力作用。相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广阔和深入，而不表示经典力学失去了意义。历史上的科学成就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。例 2 爱因斯坦与牛顿的时空观有何不同？对此你如何理解？提示 参阅本节教材 “科学漫步 ”栏目 《 时间和空间是什么？ 》 一文。牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观。爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。正如 《 时间和空间是什么？ 》 一文所说，物理学的进展表明，一些看似天真的问题，其答案却是惊天动地的。人们对空间和时间概念的扬弃与修正，推动着物理学研究的深化，扩展着人类的科学视野。牛顿的时空观与我们的日常经验十分吻合，但是光凭经验去认识世界是不行的，遇事要多问几个为什么，多进行些深入的思考，你必将会有所发现，有所创造。例 3 地球以 3×104m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大到静止质量的多少倍？如果物体的速度达到 0.8c (c为真空中的光速 )，它的质量增大到静止质量的多少倍？提示 应用狭义相对论质量公式进行计算。例 4 某列车的静止时的长度为 100m。试问：(1) 当它以 30m/s的速度做匀速直线运动时，对地面的观察者来说它的长度是多少？(2) 假如列车做匀速直线运动的速度达到2.7×108m/s，对地面的观察者来说它的长度又是多少？提示 应用狭义相对论长度公式进行计算。例 5 μ介子是一种基本粒子，质量为电子的208倍，电荷为 +e和 —e ，速度为 0.9966c。它在静止时的平均寿命为 2.2×10-6s。据报道，在一组高能物理实验中，测得它通过的平均距离为 8km左右，怎样解释这一现象？提示 由 “钟慢效应 ”进行解释。例 6 两束电子迎面相对运动，每束电子相对地面的速度大小均为 0.9c，试求：相对于一束电子静止的观察者（即观察者和该电子束以相同的速度运动）观察到的另一束电子的速度。提示 应用相对论速度叠加公式进行计算。