新教材同步備課2024春高中物理第7章萬有引力與宇宙航行5.相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性課件新人教版必修第二冊

第七章萬有引力與宇宙航行5．相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性學(xué)習(xí)任務(wù)1．知道愛因斯坦兩個假設(shè)的基本內(nèi)容，初步了解相對論時空觀。2．知道光速不變原理，會用長度收縮效應(yīng)和時間延緩效應(yīng)分析問題。3．認識牛頓力學(xué)的局限性，體會人類對自然界的探索是不斷深入的。關(guān)鍵能力·情境探究達成01知識點一相對論時空觀知識點二牛頓力學(xué)的成就與局限性1．愛因斯坦的兩個假設(shè)(1)在不同的____參考系中，物理規(guī)律的形式都是____的。(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是____的。知識點一相對論時空觀慣性相同相同

運動狀態(tài)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)，如圖所示，靜止在地球上的人測得地月之間的距離為l0?！締栴}】(1)坐在從地球高速飛往月球的飛船里的航天員測得地月之間的距離仍為l0嗎？(2)實際上物體長度和時間的長度真的變化了嗎？(3)我們平時為何觀察不到長度收縮效應(yīng)呢？提示：(1)不是，航天員測得的地月之間的距離小于l0。(2)沒有，這只是一種觀測效果。

1．狹義相對論的兩個假設(shè)(1)相對性原理物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式。(2)光速不變原理在一切慣性參考系中，測得的真空中的光速c都相同。

理解：①對同一物理過程經(jīng)歷的時間，在不同的慣性參考系中觀測，測得的結(jié)果不同，時間延緩效應(yīng)是一種觀測效應(yīng)，不是被測過程的節(jié)奏變化了。②慣性參考系速度越大，地面上的人觀測到的時間越長。③由于運動是相對的，故在某一參考系中觀測另一參考系中發(fā)生的物理事件，總會感到時間延緩效應(yīng)。即慣性參考系中的人觀測地面上發(fā)生的事件的時間也延緩。

【典例1】一支靜止時30m的火箭以3km/s的速度從觀察者的身邊飛過。(1)觀察者測得火箭的長度應(yīng)為多少？(2)火箭上的人測得火箭的長度應(yīng)為多少？(3)如果火箭的速度為光速的二分之一，觀察者測得火箭的長度應(yīng)為多少？(4)火箭內(nèi)完好的手表走過了1min，地面上的人認為經(jīng)過了多少時間？

[答案]

(1)約30m

(2)30m

(3)約26m

(4)約1mina易錯警示

理解相對論效應(yīng)的兩點注意(1)時間延緩效應(yīng)是一種觀測效應(yīng)，不是時鐘走快了或走慢了，也不是被觀測過程的節(jié)奏變化了。(2)長度收縮效應(yīng)也是一種觀測效應(yīng)，不是物體本身發(fā)生了收縮。另外，在垂直于運動方向上不會發(fā)生收縮效應(yīng)。[跟進訓(xùn)練]1．A、B兩火箭沿同一方向高速飛過地面上的某處，vA＞vB，在火箭A上的人觀察到的結(jié)果正確的是(

)A．火箭A上的時鐘走得最快B．地面上的時鐘走得最快C．火箭B上的時鐘走得最快D．火箭B上的時鐘走得最慢√

2．在一個飛船上測得船的長度為100m，高度為10m，當(dāng)飛船以0.60c的速度從你身邊經(jīng)過時，按你的測量，飛船的高度和長度各為多少？

[答案]

10m

80m1．牛頓力學(xué)的成就：從地面上物體的運動到天體的運動，都服從________的規(guī)律。2．牛頓力學(xué)的局限性(1)微觀世界：電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，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牛頓力學(xué)來說明。(2)牛頓力學(xué)只適用于____運動，不適用于____運動。知識點二牛頓力學(xué)的成就與局限性牛頓力學(xué)低速高速如圖所示是粒子對撞機，它是人類研究物質(zhì)基本微觀結(jié)構(gòu)的重要工具，通過持續(xù)輸入能量，讓亞原子粒子在管道中以極限接近光速的速度高速運動?！締栴}】(1)牛頓力學(xué)是否適用于質(zhì)子的運動規(guī)律？(2)如何研究質(zhì)子的運動規(guī)律？(3)相對論、量子力學(xué)否定了牛頓力學(xué)嗎？提示：(1)不適用，牛頓力學(xué)只適用于宏觀低速運動。(2)描述微觀高速粒子的運動要用到量子力學(xué)。(3)相對論、量子力學(xué)沒有否定牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是相對論、量子力學(xué)在一定條件下的特例。1．牛頓力學(xué)與相對論、量子力學(xué)的區(qū)別(1)牛頓力學(xué)適用于低速運動的物體；相對論是愛因斯坦闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律。(2)牛頓力學(xué)適用于宏觀世界；量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律。2．牛頓力學(xué)與相對論、量子力學(xué)的聯(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)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。(2)當(dāng)另一個重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計時，量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。(3)相對論和量子力學(xué)并沒有否定牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是二者在一定條件下的特殊情形?！镜淅?】關(guān)于牛頓力學(xué)、愛因斯坦假設(shè)和量子力學(xué)，下列說法正確的是(

)A．愛因斯坦假設(shè)和牛頓力學(xué)是相互對立、互不相容的兩種理論B．牛頓力學(xué)包含于相對論之中，牛頓力學(xué)是相對論的特例C．牛頓力學(xué)只適用于宏觀物體的運動，量子力學(xué)只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B

[相對論沒有否定牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是相對論在一定條件下的特殊情形，A錯誤，B正確；牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速、弱引力的領(lǐng)域，C、D錯誤。]√[跟進訓(xùn)練]3．關(guān)于牛頓力學(xué)的適用范圍和局限性，下列說法正確的是(

)A．牛頓力學(xué)過時了，應(yīng)該被量子力學(xué)所取代B．由于超音速飛機的速度太大，其運動不能用牛頓力學(xué)來解釋C．人造衛(wèi)星的運動不適合用牛頓力學(xué)來描述D．當(dāng)物體的速度接近光速時，其運動規(guī)律不適合用牛頓力學(xué)來描述√D

[牛頓力學(xué)沒有過時，在低速宏觀問題中仍然適用，故A錯誤；超音速飛機的速度遠低于光速，其運動能用牛頓力學(xué)來解釋，故B錯誤；人造衛(wèi)星的運動速度遠低于光速，適合用牛頓力學(xué)來描述，故C錯誤；當(dāng)物體的速度接近光速時，其運動規(guī)律不適合用牛頓力學(xué)來描述，故D正確。]學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測021．對于時空觀的認識，下列說法正確的是(

)A．相對論給出了物體在低速運動時所遵循的規(guī)律B．相對論具有普遍性，經(jīng)典物理學(xué)為它在低速運動時的特例C．相對論的出現(xiàn)使經(jīng)典物理學(xué)在自己的適用范圍內(nèi)不再繼續(xù)發(fā)揮作用D．經(jīng)典物理學(xué)建立在實驗的基礎(chǔ)上，它的結(jié)論又受到無數(shù)次實驗的檢驗，因此在任何情況下都適用1234√B

[相對論給出了物體在高速運動時所遵循的規(guī)律，經(jīng)典物理學(xué)為它在低速運動時的特例，在自己的適用范圍內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用；經(jīng)典物理學(xué)適用于宏觀、低速運動，不適用于微觀、高速運動，故A、C、D錯誤，B正確。]12342．(多選)下列說法正確的是(

)A．物理規(guī)律在所有慣性系中都具有相同的形式B．在真空中，光的速度與光源的運動狀態(tài)無關(guān)C．在慣性系和非慣性系中光都是沿直線傳播的D．在所有慣性系中，光在真空中沿任何方向傳播的速度都相同1234√√√ABD

[根據(jù)相對性原理知，物理規(guī)律在所有慣性系中都具有相同的形式，A正確；根據(jù)光速不變原理知，B、D正確；在慣性系中光是沿直線傳播的，在非慣性系中光不是沿直線傳播，而是一段弧線，C錯誤。]12343．A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vb和vc朝同一方向飛行，vb>vc。在地面上的人看來，關(guān)于時鐘快慢的說法正確的是(

)A．B鐘最快，C鐘最慢 B．A鐘最快，C鐘最慢C．C鐘最快，B鐘最慢 D．A鐘最快，B鐘最慢D

[根據(jù)相對論的時間延緩效應(yīng)可知，速度越大，鐘走得越慢，D正確。]1234√4．甲、乙兩人站在地面上時身高都是L0，甲、乙分別乘坐速度為0.6c和0.8c(c為光速)的飛船同向運動，如圖所示。此時乙觀察到甲的身高L________L0；若甲向乙揮手，動作時間為t0，乙觀察到甲動作時間為t1，則t1________t0。(均選填“＞”“＝”或“＜”)1234[解析]因為人站立時是垂直于