第5節(jié)　相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性 教學(xué)課件

物理第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行第5節(jié)相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就．2．認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍．3．初步了解微觀和高速世界中的奇妙現(xiàn)象．4．了解相對(duì)論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系．知識(shí)點(diǎn)1相對(duì)論時(shí)空觀1．19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了__________的存在，并證明電磁波的傳播速度等于_________．2．1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是_______的．電磁波光速c一樣相同相同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[判一判]1．(1)洲際導(dǎo)彈的速度有時(shí)可達(dá)到6000m/s，此速度在相對(duì)論中屬于高速．(

)(2)時(shí)間間隔和長(zhǎng)度在任何時(shí)候都不會(huì)變．(

)(3)對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體，它的長(zhǎng)度隨著速度的增大而減?。?

)√××知識(shí)點(diǎn)2牛頓力學(xué)的成就與局限性1．電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有_________，同時(shí)還具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)說(shuō)明，而______________能夠很好地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．2．經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：只適用于_______運(yùn)動(dòng)，不適用于_______運(yùn)動(dòng)；只適用于_______世界，不適用于_______世界．粒子性量子力學(xué)低速高速宏觀微觀[判一判]2．(1)對(duì)于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，相對(duì)論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)是一致的．(

)(2)牛頓力學(xué)適用于低速、宏觀物體．(

)(3)相對(duì)論時(shí)空觀否定了牛頓力學(xué)時(shí)空觀．(

)√×√1．(光速不變?cè)?在高速世界里，時(shí)間和空間都是相對(duì)的，都會(huì)隨慣性參考系的選擇不同而不同．基于愛(ài)因斯坦的假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．物理規(guī)律在一切參考系中都具有相同的形式B．在一切參考系中，測(cè)量到的真空中的光速c都一樣C．在一切慣性參考系中，測(cè)量到的真空中的光速c都一樣D．上面所述均不正確√解析：關(guān)于相對(duì)論時(shí)空觀，愛(ài)因斯坦的假設(shè)是：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的，故A、B錯(cuò)誤，C正確．2．(相對(duì)時(shí)空觀)通過(guò)一個(gè)加速裝置對(duì)電子施加一很大的恒力，使電子從靜止開(kāi)始加速，則對(duì)這個(gè)加速過(guò)程，下列描述正確的是(

)A．根據(jù)牛頓第二定律，電子將一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．電子先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后以光速做勻速直線運(yùn)動(dòng)C．電子開(kāi)始近似于勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后來(lái)質(zhì)量增大，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用D．電子是微觀粒子，整個(gè)加速過(guò)程根本就不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解釋√解析：電子在加速裝置中由靜止開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)，初始階段速度較小，遠(yuǎn)小于光速，此時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律基本適用，可以認(rèn)為在它被加速的最初階段，它做勻加速運(yùn)動(dòng)；隨著電子速度越來(lái)越大，接近光速時(shí)，相對(duì)論效應(yīng)越來(lái)越明顯，質(zhì)量增大，它不再做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用．3．(經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論)

關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和相對(duì)論，下列說(shuō)法正確的是(

)A．經(jīng)典力學(xué)和相對(duì)論是各自獨(dú)立的學(xué)說(shuō)，互不相容B．相對(duì)論是在否定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的C．相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是兩種不同的學(xué)說(shuō)，二者沒(méi)有聯(lián)系D．經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的特例解析：經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的特例，即當(dāng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)的特殊情形，故D正確．√探究一相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)

1．絕對(duì)時(shí)空觀絕對(duì)時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間是兩個(gè)獨(dú)立的觀念，彼此之間沒(méi)有聯(lián)系，分別具有絕對(duì)性．絕對(duì)時(shí)空觀首先由牛頓明確提出，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀．在絕對(duì)時(shí)空觀中，時(shí)間與空間的度量與慣性參考系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)．(1)慣性系：凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡(jiǎn)稱慣性系，相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系．慣性系就是沒(méi)有加速度的參考系，如地面．(2)非慣性系：牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系稱為非慣性參考系，如加速中的汽車，這個(gè)汽車作為參考系就是非慣性參考系．2．相對(duì)論時(shí)空觀(1)愛(ài)因斯坦提出一個(gè)假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的．(2)愛(ài)因斯坦提出另一個(gè)假設(shè)：真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的．在上述兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，愛(ài)因斯坦對(duì)時(shí)間和空間進(jìn)行了新的詮釋：時(shí)間和空間會(huì)隨物體運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，具有相對(duì)性，而產(chǎn)生這些變化是由于觀測(cè)者在不同的慣性參考系中觀測(cè)到的效果不一樣．這就是相對(duì)論時(shí)空觀．【例1】牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，但它也有自己的局限性，以下說(shuō)法正確的是(

)A．牛頓力學(xué)適用于研究接近光速運(yùn)行的物體的規(guī)律B．牛頓力學(xué)一般不適用于微觀粒子C．牛頓力學(xué)和相對(duì)論是完全對(duì)立的D．牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用于研究在高速公路上行駛的汽車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律√[解析]

牛頓力學(xué)適用于研究宏觀低速物體的運(yùn)動(dòng)，而不適用于研究接近光速運(yùn)行的物體的規(guī)律，A錯(cuò)誤；牛頓力學(xué)適用于研究宏觀低速物體的運(yùn)動(dòng)，一般不適用于微觀粒子，B正確；相對(duì)論是在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，不是對(duì)牛頓力學(xué)的全面否定，C錯(cuò)誤；牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用于研究在高速公路上行駛的汽車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，D錯(cuò)誤．[針對(duì)訓(xùn)練1]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)世界解析：“宏觀世界”是指牛頓力學(xué)適用的體系，包括非常廣闊的范圍，前三個(gè)選項(xiàng)說(shuō)的當(dāng)然都屬于“宏觀世界”，但都很片面，沒(méi)有全面描述，D正確．√探究二時(shí)間延緩效應(yīng)

1．同時(shí)的相對(duì)性(1)絕對(duì)時(shí)空觀對(duì)“同時(shí)”的認(rèn)識(shí)：在同一個(gè)慣性參考系不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的．(2)相對(duì)論的時(shí)空觀對(duì)“同時(shí)”的認(rèn)識(shí)：“同時(shí)”具有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性參考系不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察不一定是同時(shí)的．【例2】如圖所示，有三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，時(shí)鐘A放在地面上，時(shí)鐘B、C分別放在兩個(gè)火箭上，兩個(gè)火箭分別以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC，對(duì)于地面上的觀察者來(lái)說(shuō)，以下說(shuō)法中正確的是(

)

A．時(shí)鐘A走得最慢

B．時(shí)鐘B走得最慢C．時(shí)鐘C走得最慢

D．時(shí)鐘C走得最快√[解析]

根據(jù)相對(duì)論的時(shí)空觀，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢，時(shí)鐘C的速度最大，時(shí)鐘C走得最慢，C正確，A、B、D錯(cuò)誤．[針對(duì)訓(xùn)練2]某星際飛船正在遙遠(yuǎn)的外太空飛行，假如它的速度可以達(dá)到0.7c，在地球上觀測(cè)到其經(jīng)過(guò)8.76×104h的時(shí)間到達(dá)某星球，則在飛船上的人看來(lái)，其到達(dá)此星球需要的時(shí)間是(

)A．8.76×104h

B．6.26×104hC．12.27×104h

D．16.52×104h√【例3】一高速列車通過(guò)洞口為圓形的隧道，列車上的司機(jī)對(duì)隧道的觀察結(jié)果為(

)A．洞口為橢圓形，長(zhǎng)度變短B．洞口為圓形，長(zhǎng)度不變C．洞口為橢圓形，長(zhǎng)度不變D．洞口為圓形，長(zhǎng)度變短√[解析]

根據(jù)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，在尺子長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)的尺子比靜止時(shí)短，所以高速列車通過(guò)洞口為圓形的隧道時(shí)，列車上的司機(jī)觀察到隧道口的形狀仍然是圓形，但是觀察到隧道的長(zhǎng)度變短，故選D.[針對(duì)訓(xùn)練3]兩個(gè)慣性系S和S′，沿x(x′)軸方向做勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)．設(shè)在S′系中某點(diǎn)先后發(fā)生兩個(gè)事件，用靜止于該系的鐘測(cè)出兩事件的時(shí)間間隔為τ0,而用固定在S系的鐘測(cè)出這兩個(gè)事件的時(shí)間間隔為τ.又在S′系x′軸上放置一靜止于該系長(zhǎng)度為l0的細(xì)桿，從S系測(cè)得此桿的長(zhǎng)度為l，則判斷τ與τ0、l與l0的大小關(guān)系．解析：牛頓力學(xué)認(rèn)為，無(wú)論靜止還是運(yùn)動(dòng)，