粵教版必修2 經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典時空觀與相對論時空觀宇宙的起源與演化 課件（26張）.pptx

經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典時空觀與相對論時空觀宇宙的起源與演化 一 經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍 觀圖助學(xué) 如圖是以牛頓為代表的對經(jīng)典力學(xué)做出重要貢獻的科學(xué)家 那么經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么 經(jīng)典力學(xué)有哪些局限性 1 經(jīng)典力學(xué)的適用范圍 對于 相對光速 物體的運動經(jīng)典力學(xué)仍然適用 2 經(jīng)典力學(xué)的局限性 1 經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運動 的限制 當(dāng)物體運動速率接近于真空中的 時 經(jīng)典力學(xué)的許多觀念將發(fā)生重大變化 2 經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和 的現(xiàn)象 宏觀 低速 速率 光速 能量不連續(xù) 理解概念 判斷下列說法是否正確 1 牛頓運動定律適用于任何參考系 2 經(jīng)典時空觀認(rèn)為時間間隔是絕對的 3 經(jīng)典時空觀認(rèn)為物體的質(zhì)量是絕對的 4 不論是宏觀物體 還是微觀粒子 經(jīng)典力學(xué)和相對論都是適用的 二 經(jīng)典時空觀與相對論時空觀 觀圖助學(xué) 愛因斯坦提出相對論 由相對論時空觀可知 運動的時鐘會變慢及運動的尺子會縮短 但為什么我們在日常生活中從未注意到長度收縮和時間膨脹效應(yīng) 1 經(jīng)典時空觀 1 慣性系與非慣性系 慣性系 凡是 定律成立的參考系 相對于慣性系靜止或做勻速直線運動的參考系都是慣性系 非慣性系 定律不成立的參考系 相對于慣性系做變速運動的參考系是非慣性系 2 伽利略相對性原理 對于所有的慣性系 規(guī)律都是相同的 或者說 一切慣性系都是 3 經(jīng)典時空觀 絕對時空觀 時間永遠均勻地流逝 與任何外界 空間與任何外界事物 從不運動 永遠不變 牛頓運動 牛頓運動 力學(xué) 等效的 無關(guān) 無關(guān) 4 經(jīng)典時空觀的幾個具體結(jié)論 的絕對性 的絕對性 的絕對性 物體質(zhì)量 即它們與參考系的選擇 或觀察者的運動狀態(tài) 無關(guān) 2 相對論時空觀 1 光速不變與經(jīng)典物理學(xué)的矛盾 觀察和實驗事實表明 無論光源和觀察者如何運動 光速只能是c 這與經(jīng)典力學(xué)的 法則相矛盾 同時 時間間隔 空間距離 恒定不變 速度合成 2 狹義相對論的兩條基本假設(shè) 相對性原理 在不同的慣性系中 一切物理規(guī)律都是 光速不變原理 不管在哪個慣性系中 測得的真空中的光速都相同 3 相對論時空觀 同時 的相對性 在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件 在另一個參考系看來是 的 運動的時鐘變慢 時鐘相對于觀察者 時 走得快 相對于觀察者 時 走得慢 運動速度越快 效果越明顯 運動的尺子縮短 一個物體相對于觀察者 時 它的長度測量值最大 相對于觀察者 時 觀察者在 方向上觀測 它的長度要縮短 速度越快 縮得越 物體質(zhì)量隨速度的 而增大 相同的 不同時 靜止 運動 靜止 運動 運動 短 增加 理解概念 判斷下列說法是否正確 1 時間和空間是緊密聯(lián)系 不可分割的屬于經(jīng)典時空觀的觀點 2 時間間隔具有相對性 3 物體的質(zhì)量永遠不變 4 物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大 經(jīng)典力學(xué)與相對論的比較 觀察探究 如圖1甲 質(zhì)子束被加速到接近光速 如圖1乙 中子星是質(zhì)量 密度非常大的星體 請思考 圖1 1 經(jīng)典力學(xué)是否適用于質(zhì)子束的運動規(guī)律 如何研究質(zhì)子束的運動規(guī)律 2 經(jīng)典力學(xué)是否適用于中子星的引力規(guī)律 如何研究中子星的引力規(guī)律 答案 1 質(zhì)子束的運動屬于高速 微觀范疇 經(jīng)典力學(xué)不再適用 應(yīng)該應(yīng)用狹義相對論 量子力學(xué)進行研究 2 中子星的引力規(guī)律屬于強引力范疇 經(jīng)典力學(xué)不再適用 應(yīng)該應(yīng)用廣義相對論進行研究 探究歸納 1 區(qū)別 2 聯(lián)系 1 當(dāng)物體的運動速度遠小于光速時 相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別 2 相對論并沒有否定經(jīng)典力學(xué) 經(jīng)典力學(xué)是相對論在一定條件下的特殊情形 試題案例 例1 2018 汕頭高一檢測 下列說法正確的是 a 在經(jīng)典力學(xué)中 物體的質(zhì)量不隨運動狀態(tài)而改變 在狹義相對論中 物體的質(zhì)量也不隨運動狀態(tài)而改變b 狹義相對論和經(jīng)典力學(xué)是完全不同相互矛盾的兩個理論c 物體高速運動時 物體的運動服從狹義相對論 在低速運動時 物體的運動服從牛頓運動定律d 以上說法都是錯誤的 解析在經(jīng)典力學(xué)中 物體的質(zhì)量不隨運動狀態(tài)而改變 在狹義相對論中 物體的質(zhì)量隨物體運動速度的增大而增大 選項a錯誤 狹義相對論沒有否定經(jīng)典力學(xué) 經(jīng)典力學(xué)是狹義相對論在一定條件下的特殊情形 選項b錯誤 經(jīng)典力學(xué)適用于低速運動的物體 狹義相對論闡述物體在以接近光速的速度運動時所遵循的規(guī)律 選項c正確 答案c 針對訓(xùn)練1 多選 牛頓運動定律能適用于下列哪些情形 a 研究原子中電子的運動b 研究 神舟五號 飛船的高速發(fā)射c 研究地球繞太陽的運動d 研究飛機從北京飛往紐約的航線解析牛頓運動定律只能用于 宏觀低速 的情形 這里的 宏觀 是相對于微觀粒子而言的 這里的 低速 是相對于光速而言的 原子 電子等是微觀粒子 它們的運動不服從牛頓運動定律 a錯誤 b c d中各項運動雖然是 高速 但相對于光速來說 卻是微不足道的 完全可以用牛頓運動定律研究其規(guī)律 b c d正確 答案bcd 相對論幾個效應(yīng)的理解 觀察探究 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是3 104m s 如圖2所示 設(shè)在美國伊利諾伊州費米實驗室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0 999999999987倍光速的速度 請思考 圖2 1 地球的公轉(zhuǎn)速度在狹義相對論中屬于低速還是高速 被加速器加速后的電子的速度呢 2 加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了還是減小了 答案 1 狹義相對論的高速是可以與光速相比較的速度 所以地球的公轉(zhuǎn)速度屬于低速 加速后的電子速度屬于高速 2 物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大 所以加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了 探究歸納 1 兩個基本原理 1 相對性原理 在不同的慣性系中 一切物理規(guī)律都是相同的 表明在任何慣性系中研究某個物體的某一運動過程 其運動規(guī)律形式不變 2 光速不變原理 不管在哪個慣性系中 測得的真空中的光速都相同 表明了經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的不同 比較如下 圖3 試題案例 例2 一艘太空飛船靜止時的長度為30m 他以0 6c c為光速 的速度沿長度方向飛行越過地球 下列說法正確的是 a 飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mb 地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mc 飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cd 地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c 答案b 針對訓(xùn)練2 如圖4所示 有三個完全相同的時鐘 時鐘a放在地面上 時鐘b c分別放在兩