新人教版高中物理必修第二冊精品課件 7.5 相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性優(yōu)質(zhì)課件

相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念知道愛因斯坦的兩條假設(shè)，了解時間延緩效應(yīng)、長度收縮效應(yīng)，認(rèn)識牛頓力學(xué)的成就與局限性。科學(xué)思維知道牛頓力學(xué)的適用范圍，認(rèn)識物理學(xué)中理論的相對穩(wěn)定性，要有質(zhì)疑精神。科學(xué)探究認(rèn)識邁克耳孫—莫雷實驗對光速不變原理的推動作用，體會實驗和理論的相互關(guān)系。知識點一相對論時空觀1.愛因斯坦假設(shè) (1)在不同的_________參考系中，物理規(guī)律的形式都是________的。 (2)真空中的________在不同的慣性參考系中大小都是________的。2.時間延緩效應(yīng)慣性相同光速相同慣性參考系同一地點>靜止<慣性參考系凡是牛頓運動定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系。①所有相對于慣性系做勻速直線運動的參考系都是慣性系。②所有相對于慣性系做變速運動的參考系都是非慣性系。運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的運動狀態(tài)有關(guān)。知識點二牛頓力學(xué)的成就與局限性1.牛頓力學(xué)的成就

從地面上物體的運動到天體的運動，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計各種機械，從自行車到汽車、火車、飛機等現(xiàn)代交通工具的運動，從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……所有這些都服從___________的規(guī)律。2.牛頓力學(xué)的局限性 (1)牛頓力學(xué)不適用于______運動。 (2)物理學(xué)研究深入到微觀世界，發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，而且發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，同時還具有波動性，它們的運動規(guī)律在很多情況下不能用___________來說明。牛頓力學(xué)高速牛頓力學(xué)3.牛頓力學(xué)的適用范圍

只適用于_______運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于________世界。

牛頓力學(xué)經(jīng)歷了實驗檢驗，不會被新的科學(xué)所否定。它以某種特殊情形被包含在新的理論之中。低速微觀核心要點一相對論時空觀牛頓力學(xué)時空觀與相對論時空觀比較比較項目牛頓力學(xué)時空觀相對論時空觀同時絕對性相對性光速可變(遵循經(jīng)典速度變換規(guī)律)不變物理規(guī)律——在不同慣性參考系中其形式相同[例1]

(多選)關(guān)于相對論時空觀的說法，正確的是(

) A.在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B.在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關(guān) C.在牛頓力學(xué)時空觀中認(rèn)為同時發(fā)生的事件，在相對論時空觀中也是同時發(fā)生的 D.時間和空間是永恒不變的解析相對論時空觀中，在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，選項A正確；在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關(guān)，選項B正確；相對論時空觀中，時間和空間具有相對性，故選項C、D錯誤。答案AB[例2]

(2019·江西吉安高一月考)如圖所示，a、b、c為三個完全相同的時鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩枚火箭上，且vb<vc，則地面的觀察者認(rèn)為走得最慢的鐘為(

)A.a B.b

C.c D.無法確定答案C[例3]

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)。地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號，A測得該信號的速度為________。解析從飛船A測量時飛船B是靜止的，從地面上測量時兩飛船都是運動的，由相對論的“長度收縮效應(yīng)”知運動長度要縮短，故從地面測得的飛船間距小。由光速不變原理知光信號的傳播速度與參考系是無關(guān)的，故A測得該信號的速度仍為光速c。答案大于c(或光速)[例3]

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)。地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號，A測得該信號的速度為________。解析從飛船A測量時飛船B是靜止的，從地面上測量時兩飛船都是運動的，由相對論的“長度收縮效應(yīng)”知運動長度要縮短，故從地面測得的飛船間距小。由光速不變原理知光信號的傳播速度與參考系是無關(guān)的，故A測得該信號的速度仍為光速c。答案大于c(或光速)[針對訓(xùn)練1]

(2016·江蘇高考)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30m B.地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30m C.飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于c D.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]

在一個高速旋轉(zhuǎn)的巨大轉(zhuǎn)盤上放置三個完全相同的時鐘，a放在轉(zhuǎn)軸處，b放在中間，c放在邊緣處，如圖所示。對于地面上的觀察者，根據(jù)相對論認(rèn)為三個時鐘的快慢情況，下列說法正確的是(

)A.a鐘最快，b、c鐘一樣慢

B.a鐘最慢，b、c鐘一樣快C.a鐘最快，c鐘最慢

D.a鐘最慢，c鐘最快答案C核心要點二對牛頓力學(xué)的理解1.牛頓力學(xué)

牛頓力學(xué)通常指以牛頓運動定律為核心的矢量力學(xué)，有時也泛指描述低速宏觀物體機械運動的經(jīng)典力學(xué)體系。2.發(fā)展歷程

從亞里士多德和阿基米德的物理學(xué)發(fā)展到經(jīng)典力學(xué)體系經(jīng)歷了約兩千年，經(jīng)歷了以哥白尼、開普勒和伽利略為代表的科學(xué)革命。牛頓在伽利略、笛卡兒、開普勒、惠更斯等人研究的基礎(chǔ)上，進行了一次科學(xué)的偉大的綜合，形成了一個以實驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的力學(xué)科學(xué)體系。3.牛頓力學(xué)的偉大成就

牛頓力學(xué)和天文學(xué)相結(jié)合，建立了天體力學(xué)；牛頓力學(xué)和工程實際相結(jié)合，建立了各種應(yīng)用力學(xué)，如流體力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等。所有宏觀物體的運動問題，都服從牛頓力學(xué)的規(guī)律。4.牛頓力學(xué)的局限性

牛頓力學(xué)有自身的局限性，它不適用于高速運動，也不適用于微觀領(lǐng)域。在高速運動中，相對論可以描述其運動規(guī)律，量子力學(xué)可以描述微觀粒子的運動規(guī)律。但相對論和量子力學(xué)并未否定牛頓力學(xué)，只認(rèn)為牛頓力學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。3.牛頓力學(xué)的偉大成就

牛頓力學(xué)和天文學(xué)相結(jié)合，建立了天體力學(xué)；牛頓力學(xué)和工程實際相結(jié)合，建立了各種應(yīng)用力學(xué)，如流體力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等。所有宏觀物體的運動問題，都服從牛頓力學(xué)的規(guī)律。4.牛頓力學(xué)的局限性

牛頓力學(xué)有自身的局限性，它不適用于高速運動，也不適用于微觀領(lǐng)域。在高速運動中，相對論可以描述其運動規(guī)律，量子力學(xué)可以描述微觀粒子的運動規(guī)律。但相對論和量子力學(xué)并未否定牛頓力學(xué)，只認(rèn)為牛頓力學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。[例4]

下列說法中正確的是(

) A.牛頓運動定律就是牛頓力學(xué) B.牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運動定律 C.牛頓運動定律可以解決自然界中的所有問題 D.牛頓力學(xué)可以解決自然界中的所有問題解析牛頓力學(xué)并不等同于牛頓運動定律，牛頓運動定律只是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)；牛頓力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中的所有問題，沒有哪個理論可以解決自然界中的所有問題。因此只有弄清牛頓運動定律和牛頓力學(xué)的隸屬關(guān)系，明確牛頓力學(xué)的適用范圍才能正確解答此類問題，選項B正確。答案B[針對訓(xùn)練3]

牛頓力學(xué)不適用于下列哪些運動(

) A.火箭的發(fā)射 B.宇宙飛船繞地球的運動 C.“勇氣號”宇宙探測器的運行 D.微觀粒子的波動性解析牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速物體的運動，而研究微觀粒子的波動性時牛頓力學(xué)不再適用，選項D正確，A、B、C錯誤。答案D[針對訓(xùn)練4]

(多選)關(guān)于牛頓力學(xué)、相對論和量子力學(xué)，下列說法中正確的是(

) A.相對論和牛頓力學(xué)是相互對立、互不相容的兩種理論 B.在物體高速運動時，物體的運動規(guī)律適用相對論理論，在低速運動時，物體的運動適用牛頓運動定律 C.牛頓力學(xué)適用于宏觀物體的運動，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運動 D.不論是宏觀物體，還是微觀粒子，牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的解析首先必須知道，牛頓力學(xué)解決低速宏觀問題，高速問題應(yīng)由相對論理論解決，微觀問題應(yīng)由量子力學(xué)解決。相對論并沒有否定牛頓力學(xué)，而是認(rèn)為牛頓力學(xué)是相對論理論在一定條件下的特殊情況，故選項A、D錯誤，B、C正確。答案BC[例4]

下列說法中正確的是(

) A.牛頓運動定律就是牛頓力學(xué) B.牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運動定律 C.牛頓運動定律可以解決自然界中的所有問題 D.牛頓力學(xué)可以解決自然界中的所有問題解析牛頓力學(xué)并不等同于牛頓運動定律，牛頓運動定律只是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)；牛頓力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中的所有問題，沒有哪個理論可以解決自然界中的所有問題。因此只有弄清牛頓運動定律和牛頓力學(xué)的隸屬關(guān)系，明確牛頓力學(xué)的適用范圍才能正確解答此類問題，選項B正確。答案B核心要點二對牛頓力學(xué)的理解1.牛頓力學(xué)

牛頓力學(xué)通常指以牛頓運動定律為核心的矢量力學(xué)，有時也泛指描述低速宏觀物體機械運動的經(jīng)典力學(xué)體系。2.發(fā)展歷程

從亞里士多德和阿基米德的物理學(xué)發(fā)展到經(jīng)典力學(xué)體系經(jīng)歷了約兩千年，經(jīng)歷了以哥白尼、開普勒和伽利略為代表的科學(xué)革命。牛頓在伽利略、笛卡兒、開普勒、惠更斯等人研究的基礎(chǔ)上，進行了一次科學(xué)的偉大的綜合，形成了一個以實驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的力學(xué)科學(xué)體系。[例3]

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)。地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號，A測得該信號的速度為________。解析從飛船A測量時飛船B是靜止的，從地面上測量時兩飛船都是運動的，由相對論的“長度收縮效應(yīng)”知運動長度要縮短，故從地面測得的飛船間距小。由光速不變原理知光信號的傳播速度與參考系是無關(guān)的，故A測得該信號的速度仍為光速c。答案大于c(或光速)知識點二牛頓力學(xué)的成就與局限性1.牛頓力學(xué)的成就

從地面上物體的運動到天體的運動，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計各種機械，從自行車到汽車、火車、飛機等現(xiàn)代交通工具的運動，從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……所有這些都服從___________的規(guī)律。2.牛頓力學(xué)的局限性 (1