新教材同步系列2024春高中物理第五章牛頓力學的局限性與相對論初步1牛頓力學的成就與局限性2相對論時空觀3宇宙起源和演化課件粵教版必修第二冊

第五章牛頓力學的局限性與相對論初步第一節(jié)牛頓力學的成就與局限性第二節(jié)相對論時空觀第三節(jié)宇宙起源和演化學習目標學法指導1．知道牛頓力學的成就和局限性，了解物理學發(fā)展的歷史2．知道光速不變原理，了解相對論的時間延緩效應和長度收縮效應3．了解宇宙模型和宇宙的演化過程4．知道黑洞及宇宙大爆炸理論1．通過學習和閱讀教材，初步了解相對論時空觀；了解時間延緩和長度收縮效應；通過閱讀“科學漫步”激發(fā)關注宇宙起源和演化的科學興趣2．通過查閱資料，了解相對論，學習相對論的建立及對人類認識世界的作用3．知道宇宙模型和宇宙大爆炸理論的由來知識導圖課前·自主預習1．牛頓力學的成就(1)實現了人類對自然界認識的第一次理論大綜合．(2)確定了自然科學理論應有的基本特征．(3)將“實驗和數學”相結合的方法推廣到物理學的各個分支，形成了完整的經典力學體系．牛頓力學的成就與局限性2．牛頓力學的局限性和適用范圍(1)牛頓力學只適用于________運動，不適用于高速運動．(2)只適用于________世界，不適用于微觀世界．(3)只適用于________情況，不適用于強引力情況．低速宏觀弱引力相對論與量子力學否定了牛頓力學嗎？【答案】沒有．它們各自有適用范圍．(多選)下列說法正確的是

(

)A．研究鉛球的運動，可以用牛頓運動定律和運動學公式B．研究電子的運動可用牛頓運動定律和運動學公式C．研究電子運動要用狹義相對論原理，研究鉛球運動可用牛頓運動定律D．研究鉛球和電子的運動都要用牛頓運動定律【答案】AC

【解析】以牛頓運動定律為基礎的經典物理學處理低速、宏觀物體的運動是相當完美的，但對于高速的微觀的運動就無能為力了．顯然，鉛球的運動可以用牛頓運動定律來解決，電子的運動則不能用牛頓運動定律來解決，而要用狹義相對論原理來解決．本題主要考查經典物理學的適用范圍，A、C正確．1．絕對時空觀(1)________的絕對性．(2)________間隔的絕對性．(3)________距離的絕對性．(4)________、________和________這三者都與參考系的運動無關．相對論時空觀同時時間空間時間空間質量2．相對論時空觀(1)相對性原理：在所有的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是________的．(3)時間延緩效應：相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δt，而地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt′，則Δt′＝____________．(4)長度收縮效應：與桿相對靜止的人測得桿長為l，沿著桿的方向以v相對桿運動的人測得桿長為l′，則l′＝____________．相同參考系變化了，光速是否會變化？【答案】不變．假設地面上有一火車以接近光速的速度運行，車內站立著一個中等身材的人，站在路旁的人觀察車里的人，觀察的結果是(

)A．這個人是一個矮胖子

B．這個人是一個瘦高個子C．這個人矮但不胖

D．這個人瘦但不高【答案】D

【解析】根據長度的相對性，相對運動方向長度減小，垂直于運動方向上的長度不變，所以這個人瘦但不高，D正確．1．兩種近現代宇宙模型(1)靜態(tài)宇宙模型——由彎曲空間構成，沒有邊界、沒有中心，但在整體上是有限的、靜態(tài)的宇宙．(2)動態(tài)宇宙模型——宇宙中的物質從宏觀大尺度來說分布是均勻的，從各方向看都是一樣的，并且隨著時間的變化，宇宙在不斷________．宇宙起源和演化膨脹2．宇宙膨脹模型的兩種對立的理論：穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型和______________．3．1929年，美國天文學家________通過觀測發(fā)現遙遠的星系在彼此遠離，這為動態(tài)宇宙模型觀點提供了有力的證據．4．1964年，美國無線電工程師彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現了___________________，對大爆炸理論提供了有力的證據．5．2016年，激光干涉引力波天文臺科學合作組織(LIGO)宣布探測到________，打開了宇宙研究的新窗口，同時也再次印證了愛因斯坦的____________．6．一般認為，我們所居住的太陽系大約形成于________年前．大爆炸理論哈勃宇宙微波背景輻射引力波廣義相對論46億課堂·重難探究1．經典力學只適用于處理物體的低速運動(v?c)．2．經典力學不適用于微觀領域中能量不連續(xù)的運動．3．經典力學規(guī)律只在慣性參考系中成立——經典力學規(guī)律只能用于宏觀、低速(與光速相比)的情形，且只在慣性參考系中成立．經典力學(牛頓力學)的適用范圍例1

(多選)(2023年茂名階段檢測)如圖甲所示，質子束被加速到接近光速；如圖乙所示，中子星是質量、密度非常大的星體．下列說法正確的是

(

)A．牛頓力學適用于質子束的運動規(guī)律B．牛頓力學不適用于質子束的運動規(guī)律C．牛頓力學適用于中子星的引力規(guī)律D．牛頓力學不適用于中子星的引力規(guī)律【答案】BD

【解析】牛頓力學適用于宏觀、低速物體的運動規(guī)律，不適用于質子束的運動規(guī)律，也不適用于中子星的引力規(guī)律．故B、D正確．變式1

(2023年廣州番禺區(qū)期末)下列運動，不能用牛頓力學規(guī)律描述的是

(

)A．“天問一號”繞火星運動

B．粒子接近光速運動C．人隨電梯上升

D．高鐵從廣州駛向杭州【答案】B

【解析】“天問一號”繞火星運動、人隨電梯上升、高鐵從廣州駛向杭州都屬于宏觀、低速運動，故經典力學均能適用，而粒子接近光速運動屬于微觀高速運動，經典力學不適用，故A、C、D錯誤，B正確．例2

(2023年佛山西樵中學質檢)科學家探測到宇宙中距離我們13億光年的兩個黑洞合并而產生的引力波，填補了愛因斯坦廣義相對論實驗驗證的最后一塊“拼圖”．關于相對論下列說法正確的是(

)A．經典時空觀認為時間和空間是相互關聯的B．相對于觀察者運動的時鐘會變慢C．在運動的參照系中測得的光速與其運動的速度有關D．同一物體的長度不隨觀察者所處參考系的變換而改變相對論時空觀【答案】B

【解析】經典時空觀認為時間和空間是絕對不變的，故A錯誤；根據鐘慢效應，相對論時空觀認為相對于觀察者運動的時鐘會變慢，故B正確；根據愛因斯坦的光速不變原理可知，在所有慣性參考系中光速是恒定的，故C錯誤；根據尺縮效應，相對論時空觀認為同一物體的長度會隨觀察者相對參考系的運動而改變，故D錯誤．變式2

(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有(

)A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快B．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢C．地球上的人觀測到地球上的鐘較快D．地球上的人觀測到地球上的鐘較慢【答案】AC

【解析】由狹義相對論的“鐘慢效應”原理可知，飛船上的人觀測到地球上的鐘比飛船上慢，地球上的人觀測到飛船上的鐘比地球上慢，故A、C正確，B、D錯誤．1．由于日常生活中相對速度比較小，和光速相比可以忽略不計，故觀察不到明顯的相對論效應．2．時鐘變慢效應中的相對速度的大小都是針對光速來說的．宇宙的起源與演化例3關于宇宙和恒星的演化，下列說法正確的是

(

)A．宇宙已經停止演化B．恒星在主序星階段時停留時間最長、最穩(wěn)定C．恒星最終都會演化為黑洞D．恒星最終演化為中子星【答案】B

【解析】目前宇宙的演化仍在進行，A錯誤．恒星在主序星階段時停留時間最長、最穩(wěn)定，B正確．根據最終質量的不同恒星最終演化為白矮星或中子星或黑洞，C、D錯誤．【答案】29.3km

小練·隨堂鞏固1．牛頓定律的適用范圍是

(

)A．宏觀物體、低速運動B．微觀物體、低速運動C．宏觀物體、高速運動D．微觀物體、高速運動【答案】A

【解析】牛頓定律僅適用于宏觀、低速物體的運動．這是牛頓定律的局限性．故A正確．2．關于宇宙起源，根據大多數宇宙科學家的認定，你認為下列說法正確的是

(

)①宇宙誕生于距今約137億年的一次大爆炸②大爆炸是整體的，涉及宇宙的全部物質及時間、空間③大爆炸導致宇宙空間處處膨脹，溫度則相應下降④宇宙溫度下降至一定程度，逐步形成超星系團、星系團、星系及恒星、行星等．A．①②③ B．①③④ C．②④ D．①②③④【答案】D

【解析】關于宇宙的起源，人類現在認同“大爆炸”理論；該理論認為，宇宙在最開始時是熾熱的“原始火球”，距今約137億年前，原始火球發(fā)生了大爆炸；大爆炸是整體的，涉及宇宙的全部物質及時間和空間；宇宙空間在膨脹中，溫度相應下降，最終當溫度達到一定程度時，形成了現在的超星系團、星系團、星系及恒星、行星等，故以上說法均正確．3．(多選)關于經典力學、狹義相對論和量子力學，下列說法正確的是

(

)A．狹義相對論和經典力學是相互對立、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)律適用狹義相對論理論．在低速運動時，物體的運動適用經典力學C．經典力學適用于宏觀物體的運動，量子力學適用于微觀粒子的運動D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經典力學和量子力學都是適用的