三種宇宙速度同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星
生活經(jīng)驗(yàn)讓我們體會到，時間好像一條看不見的長河，均勻地自行流逝著，空間好像一個廣闊無邊的大房間，它們彼此獨(dú)立，都不影響物體及其運(yùn)動。這種絕對時空觀，也叫牛頓力學(xué)時空觀。
我們知道，如果河水中的河水以相對河岸的速度v水流動，河中的船以相對于水的速度v船順流而下，則船相對于岸邊的速度為v合=v船+v水
v = v0+v1 這類表達(dá)式，又被稱為伽利略變換，是牛頓力學(xué)，研究相對運(yùn)動問題的基本原理之一。
如果有一艘飛船，相對地面以速度v0= 0.2c（c為真空中的光速）勻速運(yùn)動，從飛船上，沿飛船前進(jìn)方向，射出一束光，在地面上的人看來，這束光傳播的速度是否應(yīng)為 v =v0+c = 1.2c 呢？
1.2倍的光速與我們中學(xué)里學(xué)到的，真空中的光速是宇宙中最快的速度兩者不相符。1887年，美國科學(xué)家邁克爾遜和莫雷通過實(shí)驗(yàn)證明了，在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學(xué)中，不同的參考系之間的速度變換關(guān)系（伽利略變換）不符！在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的面前，許多物理學(xué)家，仍然立足在牛頓力學(xué)時空觀的基礎(chǔ)上，想通過一些理論上的修補(bǔ)工作，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
以愛因斯坦和龐加萊為代表的另一批物理學(xué)家，堅(jiān)決主張，徹底放棄某些與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不相符的觀念，如絕對時間的觀念，在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，大膽提出，能夠更好地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的假設(shè)。
愛因斯坦假設(shè)：①在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的。②真空中的光速在不同的慣性參考系中，大小都是相同的。
假設(shè)一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。車上的觀察者以車廂為參考系，因?yàn)檐噹莻€慣性系，光向前、后傳播的速率相同，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會同時到達(dá)前后兩壁
對于車下的觀察者來說，他以地面為參考系，因閃光向前、后傳播的速率對地面也是相同的，在閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進(jìn)了一段距離，所以向前的光傳播的路程長些。他觀測到的結(jié)果應(yīng)該是：閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁(圖7.5-1乙)。因此，這兩個事件不是同時發(fā)生的
由此可見，時間不再是絕對的，而是相對的，這種情況被稱為：時間的延緩效應(yīng)。
如果相對地面以v運(yùn)動的某慣性參考系上的人，觀察與其一起運(yùn)動的物體完成某個動作的時間間隔為 ，地面上的人觀察該物體在同一地點(diǎn)完成這個動作的時間間隔為Δt，兩者之間的關(guān)系為：
如果有一根桿，與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以速度v相對桿運(yùn)動的人測得桿長是l，那么l0與l兩者之間的關(guān)系是：
由此可見，空間距離也不再是絕對的，而是相對的，這種情況被稱為長度的收縮效應(yīng)。
由上面兩個式子可以知道，運(yùn)動物體的長度（空間距離）和物理過程的快慢（時間進(jìn)程）都跟物體運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。這個結(jié)論具有革命性的意義，它反映的時空觀稱作相對論時空觀。
這兩個式子中都有一個因式：
當(dāng)物體運(yùn)動的速度v遠(yuǎn)小于c時 趨近于1。與牛頓經(jīng)典力學(xué)的時空觀一致
原來牛頓力學(xué)時空觀是相對論時空觀在低速運(yùn)動情況下的特例。
經(jīng)典力學(xué)的巨大成就(1)把天體運(yùn)動與地面上物體的運(yùn)動統(tǒng)一起來．(2)經(jīng)典力學(xué)和以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的天體力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等．(3)力學(xué)和熱力學(xué)的發(fā)展及其與生產(chǎn)的結(jié)合引發(fā)了第一次工業(yè)革命．(4)由牛頓運(yùn)動定律導(dǎo)出的動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等是航空航天技術(shù)的理論基礎(chǔ)．
經(jīng)典力學(xué)的局限性1．經(jīng)典力學(xué)是從日常機(jī)械運(yùn)動中總結(jié)出來的，超出這個范圍，經(jīng)典力學(xué)常常就不適用了．2．絕對時空觀：牛頓認(rèn)為，時間、空間與物質(zhì)及其運(yùn)動完全無關(guān)，時間與空間也完全無關(guān)．
正確理解絕對時空觀①時間和空間是分離的，時間尺度和空間尺度與物質(zhì)運(yùn)動無關(guān)，都是絕對的．②經(jīng)典力學(xué)的時空觀認(rèn)為，時間就其本質(zhì)而言是永遠(yuǎn)均勻地流逝，與任何其他外界事物無關(guān)，空間就其本質(zhì)而言與外界任何事物無關(guān)，它從不運(yùn)動，并且永遠(yuǎn)不變．
由絕對時空觀得到的結(jié)論①同時的絕對性在一個慣性系中的觀察者在某一時刻觀測到兩個事件，對另一個做勻速直線運(yùn)動的慣性系中的觀察者來說是同時發(fā)生的，即同時性與觀察者的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)．②時間間隔的絕對性任何事件(或物體的運(yùn)動)所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系(或觀察者)的運(yùn)動無關(guān)．③空間距離的絕對性如果各個慣性系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點(diǎn)的距離也就有絕對不變的量值，而與慣性系的選擇(或觀察者的運(yùn)動狀態(tài))無關(guān)．
經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀，割裂了時間、空間、物質(zhì)及其運(yùn)動之間的聯(lián)系，不能解釋高速運(yùn)動領(lǐng)域的許多客觀現(xiàn)象．經(jīng)典力學(xué)的運(yùn)動觀，從自然觀角度來說，給出的是一幅機(jī)械運(yùn)動的圖景，不能解釋微觀世界豐富多彩的現(xiàn)象．
經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍：只適用于低速運(yùn)動，不適用于高速運(yùn)動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界；只適用于弱引力情況，不適用于強(qiáng)引力情況．
對于高速運(yùn)動(速度接近真空中的光速)，需要應(yīng)用愛因斯坦的相對論．當(dāng)物體的運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于真空中的光速時，相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．對于微觀世界，需要應(yīng)用量子力學(xué)．當(dāng)普朗克常量可以忽略不計(jì)時，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．對于強(qiáng)引力情況，需要應(yīng)用愛因斯坦引力理論．當(dāng)天體的實(shí)際半徑遠(yuǎn)大于它們的引力半徑時，愛因斯坦引力理論和牛頓萬有引力定律計(jì)算出的力的差異并不很大．
下列說法中正確的是(　　)A．牛頓運(yùn)動定律就是經(jīng)典力學(xué)B．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動定律C．牛頓運(yùn)動定律可以解決自然界中所有的問題D．經(jīng)典力學(xué)可以解決自然界中所有的問題
經(jīng)典力學(xué)只適用于“宏觀世界”．這里的“宏觀世界”是指(　　)A．行星、恒星、星系等巨大的物質(zhì)領(lǐng)域B．地球表面上的物質(zhì)世界C．人眼能看到的物質(zhì)世界D．不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質(zhì)世界
關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的成就，下列論述正確的是(　　)A．經(jīng)典力學(xué)第一次實(shí)現(xiàn)了對自然界認(rèn)識的理論大綜合B．經(jīng)典力學(xué)第一次預(yù)言了宇宙中黑洞的存在C．經(jīng)典力學(xué)第一次向人們展示了時間的相對性D．人們借助于經(jīng)典力學(xué)中的研究方法，建立了完整的經(jīng)典物理學(xué)體系
關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的局限性，下列說法正確的是(　　)A．經(jīng)典力學(xué)沒有局限性B．經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運(yùn)動速度的限制，當(dāng)物體運(yùn)動的速度接近于真空中的光速時，經(jīng)典力學(xué)就不適用了C．經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象D．經(jīng)典力學(xué)的時間和空間分離的觀點(diǎn)不準(zhǔn)確
根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)知識，人們對時間和空間的認(rèn)識，下列說法正確的是(　　)A．時間和空間是絕對的，與物質(zhì)的存在和物質(zhì)的運(yùn)動都無關(guān)B．時間和空間可以脫離物質(zhì)而獨(dú)立存在，二者之間也無聯(lián)系C．時間和空間可以脫離物質(zhì)而獨(dú)立存在，二者之間存在一定的聯(lián)系D．時間和空間不能脫離物質(zhì)而獨(dú)立存在，二者之間存在一定的聯(lián)系
2.牛頓力學(xué)的成就和局限性
牛頓力學(xué)只適用于低速、宏觀問題。
沒有絕對時間，也沒有絕對空間，時間和空間都是相對的。

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5 相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性

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