《广西专版2023_2024学年新教材高中物理第7章万有引力与宇宙航行5相对论时空观与牛顿力学的局限性课件新人教版必修第二册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广西专版2023_2024学年新教材高中物理第7章万有引力与宇宙航行5相对论时空观与牛顿力学的局限性课件新人教版必修第二册（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章万有引力与宇宙第七章万有引力与宇宙航行航行5相对论时空观与牛顿力学的局限性相对论时空观与牛顿力学的局限性课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随堂随堂训练素养目标定位目目标素素养养1.通过电磁波的传播与牛顿力学理论的矛盾通过电磁波的传播与牛顿力学理论的矛盾,初步形成对爱因初步形成对爱因斯坦相对论的正确认识斯坦相对论的正确认识,形成正确的物理观念。形成正确的物理观念。2.通过实例分析通过实例分析,理解相对论的时空观。理解相对论的时空观。3.掌握时间延缓效应和长度收缩效应掌握时间延缓效应和长度收缩效应,并能进行简单运算。并能进行简单运算。4.知道牛顿力学的局限性和适用范
2、围。知道牛顿力学的局限性和适用范围。5.了解科学理论的相对性了解科学理论的相对性,体会科学理论是不断发展和完善的。体会科学理论是不断发展和完善的。知知识概概览课前基础认知一、相对论时空观一、相对论时空观1.绝对时空观绝对时空观:时间与空间都是独立于物体及其时间与空间都是独立于物体及其运动运动而而存在的存在的,也叫牛顿力学时空观。也叫牛顿力学时空观。2.爱因斯坦的假设爱因斯坦的假设:(1)在不同的惯性参考系中在不同的惯性参考系中,物理规律的形式物理规律的形式都是都是 相同相同 的的;(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是都是 相同相同的。的。5.相对论
3、时空观相对论时空观:运动物体的长度运动物体的长度(空间距离空间距离)和物理过程的和物理过程的快慢快慢(时间进程时间进程)都跟物体的都跟物体的运动状态运动状态有关。有关。微微思考思考 若若一列火车的速度是一列火车的速度是10m/s,一个人在车上相对于车一个人在车上相对于车以以10m/s的速度向前跑的速度向前跑,那么他相对于地面的速度为那么他相对于地面的速度为20m/s。若火车的速度为若火车的速度为0.9c(c为光速为光速),火车上的人向前发出一束激光火车上的人向前发出一束激光(相对于车的速度为相对于车的速度为c)。激光相对于地面的速度是否为。激光相对于地面的速度是否为1.9c?提示提示:否。根据
4、光速不变原理光速仍为否。根据光速不变原理光速仍为c,对于高速运动的物对于高速运动的物体体,例如本题中以例如本题中以0.9c的速度行驶的列车的速度行驶的列车,牛顿力学中的结论牛顿力学中的结论不能简单套用。不能简单套用。二、牛顿力学的成就与局限性二、牛顿力学的成就与局限性1.低速与高速的概念。低速与高速的概念。(1)低速低速:远小于光速的速度为低速远小于光速的速度为低速,通常所见物体的运动通常所见物体的运动,如如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动。的运动皆为低速运动。(2)高速高速:有些微观粒子在一定条件下其速
5、度可以与光速相有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近接近,这样的速度称为高速。这样的速度称为高速。2.微观世界。微观世界。电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明能用牛顿力学来说明,而而量子力学量子力学能够正确地描述微观能够正确地描述微观粒子的运动规律。粒子的运动规律。3.牛顿力学的适用范围。牛顿力学的适用范围。牛顿力学适用于牛顿力学适用于低速低速运动运动,不适用于不适用于高速高速运动运动;适适用于用于宏观宏观世界世界,不适用于不适用于微观微观世界。世界。当物体的运动速度远小于光速当物体的运动速度远小于光速c
6、(3108m/s)时时,相对论物理相对论物理学与牛顿力学的结论学与牛顿力学的结论没有区别没有区别。当另一个重要常数即。当另一个重要常数即“普朗克常量普朗克常量”(6.6310-34Js)可以忽略不计时可以忽略不计时,量子力学和牛顿量子力学和牛顿力学的结论力学的结论没有区别没有区别。微微判断判断1.牛顿力学一般不适用于微观粒子。牛顿力学一般不适用于微观粒子。()2.量子力学不能描述微观粒子的运动规律。量子力学不能描述微观粒子的运动规律。()3.量子力学和相对论都没有否定过去的科学量子力学和相对论都没有否定过去的科学。()课堂重难突破一一相相对论时空空观重难归纳1.时间延缓时间延缓效应效应。2.长
7、度收缩长度收缩效应效应。地面上地面上A、B两个事件同时发生。如图所示两个事件同时发生。如图所示,一人坐在火箭一人坐在火箭内沿两个事件发生地点内沿两个事件发生地点AB连线飞行连线飞行,A、B事件发生时火箭位事件发生时火箭位于于AB中点中点,则对于此人来说哪个事件先发生则对于此人来说哪个事件先发生?提示提示:B事件先发生。以地面为参考系事件先发生。以地面为参考系,A、B两个事件同时两个事件同时发生发生,即如果在即如果在A、B连线中点连线中点C放一时钟放一时钟,将同时接收到来自将同时接收到来自A、B的信号。设想该时钟以与火箭相同的速度飞行的信号。设想该时钟以与火箭相同的速度飞行,则先接则先接收到来自
8、收到来自B的信号的信号,后接收到来自后接收到来自A的信号的信号,即以火箭即以火箭(或或火箭火箭内内的的人人)为参考系为参考系,B事件先发生。事件先发生。典例剖析【例【例1】+介子是一种不稳定粒子介子是一种不稳定粒子,平均寿命是平均寿命是2.610-8s(在在自己的参考系中测得自己的参考系中测得)。(1)如果此粒子相对于实验室以如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动的速度运动,那么在实验那么在实验室坐标系中测量的室坐标系中测量的+介子寿命多长介子寿命多长?(2)+介子在衰变前运动了多长距离介子在衰变前运动了多长距离?答案答案:(1)4.310-8s(2)10.32m解析解析:(1)+介子在实
9、验室中的寿命介子在实验室中的寿命为为(2)+介子在衰变前运动的距离为介子在衰变前运动的距离为x=vt=0.831084.310-8m=10.32m。误区警示误区警示 一一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程理过程,我们观察到此过程所经历的时间长我们观察到此过程所经历的时间长,表现为时间上表现为时间上的的延缓延缓或时钟变慢或时钟变慢,用式子表示为用式子表示为t=,显然显然v越大越大,t与与差别越大差别越大,但一定有但一定有t,即在某一个参考系中观察另一即在某一个参考系中观察另一个不同参考系里发生的物理事件时个不同参考系里发生的物理事件时,总感到时间延
10、缓。总感到时间延缓。学以致用1.地面上长地面上长100km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30km/s的速度掠过的速度掠过,则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少?如果火箭的速度达到如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看到的铁路的长度又则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少是多少?答案答案:100km80km解析解析:当火箭速度较小时当火箭速度较小时,长度基本不变长度基本不变,还是还是100km。当火箭的速度达到当火箭的速度达到0.6c时时,由相对长度公式由相对长度公式二二狭狭义相相对论与量子理与量子理论的比的比较重难归纳1.区别
11、。区别。2.联系。联系。(1)当物体的运动速度远小于光速时当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与经典物相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。理学的结论没有区别。(2)当另一个重要常数即当另一个重要常数即“普朗克常量普朗克常量”可以忽略不计时可以忽略不计时,量子量子力学和牛顿力学的结论没有区别。力学和牛顿力学的结论没有区别。如图甲所示如图甲所示,质子束被加速到接近光速质子束被加速到接近光速;如图乙所示如图乙所示,中子星中子星是质量、密度非常大的星体。请思考是质量、密度非常大的星体。请思考:牛顿力学是否适用于牛顿力学是否适用于质子束的运动规律质子束的运动规律?如何研究质子束的运动规律如何研
12、究质子束的运动规律?提示提示:不适用。可以用量子力学研究质子束的运动规律。不适用。可以用量子力学研究质子束的运动规律。典例剖析【例【例2】(多选多选)以下说法正确的是以下说法正确的是()A.牛顿力学理论普遍适用牛顿力学理论普遍适用,大到天体大到天体,小到微观粒子均适用小到微观粒子均适用B.牛顿力学理论具有一定的局限性牛顿力学理论具有一定的局限性C.在牛顿力学中在牛顿力学中,物体的质量不随运动状态的改变而改变物体的质量不随运动状态的改变而改变D.相对论和量子力学否定了牛顿力学理论相对论和量子力学否定了牛顿力学理论答案答案:BC解析解析:牛顿力学理论具有一定的局限性牛顿力学理论具有一定的局限性,它
13、只适用于低速、它只适用于低速、宏观物体的运动宏观物体的运动,选项选项A错误错误,B正确正确;在牛顿力学中在牛顿力学中,物体的质物体的质量不随运动状态的改变而改变量不随运动状态的改变而改变,即物体的质量和物体的运动即物体的质量和物体的运动状态无关状态无关,选项选项C正确正确;相对论和量子力学并没有否定过去的相对论和量子力学并没有否定过去的科学科学,而是认为牛顿力学理论是在一定条件下的特殊情形而是认为牛顿力学理论是在一定条件下的特殊情形,选选项项D错误错误。规律总结规律总结 科学的成就总是在某些条件下的局部形成科学的成就总是在某些条件下的局部形成,在新在新的科学成就形成后的科学成就形成后,它将被包
14、括在其中。爱因斯坦的相对论它将被包括在其中。爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论并没有否定牛顿力学的理论,而是把它看成是在一定条件下而是把它看成是在一定条件下的特殊情形。的特殊情形。学以致用2.(多选多选)关于牛顿力学、狭义相对论和量子力学关于牛顿力学、狭义相对论和量子力学,下列说法正确的下列说法正确的是是()A.狭义相对论和牛顿力学是相互对立的两种理论狭义相对论和牛顿力学是相互对立的两种理论B.在物体高速运动时在物体高速运动时,物体的运动规律服从狭义相对论理论物体的运动规律服从狭义相对论理论;在低速在低速运动时运动时,物体的运动规律服从牛顿运动定律物体的运动规律服从牛顿运动定律C.牛顿力
15、学适用于宏观物体的运动牛顿力学适用于宏观物体的运动,量子力学适用于微观粒子的运量子力学适用于微观粒子的运动动D.不论是宏观物体不论是宏观物体,还是微观粒子还是微观粒子,牛顿力学和量子力学都是适用的牛顿力学和量子力学都是适用的答案答案:BC解析解析:相对论并没有否定牛顿力学相对论并没有否定牛顿力学,而是认为牛顿力学是相而是认为牛顿力学是相对论理论在一定条件下的特殊情形对论理论在一定条件下的特殊情形,选项选项A错误错误;牛顿力学适牛顿力学适用于宏观物体的低速运动用于宏观物体的低速运动,对于微观粒子的高速运动问题对于微观粒子的高速运动问题,牛牛顿力学不再适用顿力学不再适用,但相对论、量子力学适用但相
16、对论、量子力学适用,选项选项B、C正确正确,D错误。错误。随堂训练1.用相对论的观点判断用相对论的观点判断,下列说法不正确的是下列说法不正确的是()A.时间和空间都是绝对的时间和空间都是绝对的,在任何参考系中一个事件发生的在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变时间和一个物体的长度总不会改变B.在地面上的人看来在地面上的人看来,以以0.3c的速度运动的飞船中的时钟会变的速度运动的飞船中的时钟会变慢慢,但是飞船中的航天员却看到时钟是准确的但是飞船中的航天员却看到时钟是准确的C.在地面上的人看来在地面上的人看来,以以0.3c的速度运动的飞船在运动方向上的速度运动的飞船在运动方向上会变窄会变窄,而飞船中的航天员却感觉到地面上的人看起来比飞而飞船中的航天员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些船中的人扁一些D.当物体运动的速度当物体运动的速度vc时时,“时间延缓时间延缓”和和“长度收缩长度收缩”效应可效应可忽略不计忽略不计A2.下列说法正确的是下列说法正确的是()A.牛顿力学适用于任何情况下的任何物体牛顿力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了牛顿力学狭义相对论
