《新教材同步备课2024春高中物理第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《新教材同步备课2024春高中物理第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（35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航行5相对论时空观与牛顿力学的局相对论时空观与牛顿力学的局限性限性学习学习任务1知道爱因斯坦两个假设的基本内容，初步了解相对论时知道爱因斯坦两个假设的基本内容，初步了解相对论时空观。空观。2知知道道光光速速不不变变原原理理，会会用用长长度度收收缩缩效效应应和和时时间间延延缓缓效效应应分析问题。分析问题。3认认识识牛牛顿顿力力学学的的局局限限性性，体体会会人人类类对对自自然然界界的的探探索索是是不不断深入的。断深入的。关键能力情境探究达成01知识点一相对论时空观知识点二牛顿力学的成就与局限性1爱因斯坦的两个假设爱因斯坦的两个假设(1)在不同的在不同的_参考系中，物理规律的形式
2、都是参考系中，物理规律的形式都是_的。的。(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_的。的。知识点一知识点一相对论时空观相对论时空观惯性惯性相同相同相同相同运动状态运动状态运运动动物物体体的的长长度度(空空间间距距离离)和和物物理理过过程程的的快快慢慢(时时间间进进程程)都都跟跟物物体体的的运运动动状状态态有有关关，如如图图所所示示，静静止止在在地地球球上上的的人人测测得得地地月月之之间间的的距离为距离为l0。【问题】【问题】(1)坐坐在在从从地地球球高高速速飞飞往往月月球球的的飞飞船船里里的的航航天天员员测测得得地地月月之之间间的的距距离离仍仍为
3、为l0吗？吗？(2)实际上物体长度和时间的长度真的变化了吗？实际上物体长度和时间的长度真的变化了吗？(3)我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？提示：提示：(1)不是，航天员测得的地月之间的距离小于不是，航天员测得的地月之间的距离小于l0。(2)没有，这只是一种观测效果没有，这只是一种观测效果。1狭义相对论的两个假设狭义相对论的两个假设(1)相对性原理相对性原理物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。(2)光速不变原理光速不变原理在一切惯性参考系中，测得的真空中的光速在一切惯性参考系中，测得的真空中的光速c都相同
4、。都相同。理理解解：对对同同一一物物理理过过程程经经历历的的时时间间，在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中中观观测测，测测得得的的结结果果不不同同，时时间间延延缓缓效效应应是是一一种种观观测测效效应应，不不是是被被测测过过程程的的节节奏奏变变化化了了。惯惯性性参参考考系系速速度度越越大大，地地面面上上的的人人观观测测到到的的时时间间越越长长。由由于于运运动动是是相相对对的的，故故在在某某一一参参考考系系中中观观测测另另一一参参考考系系中中发发生生的的物物理理事事件件，总总会会感感到到时时间间延延缓缓效效应应。即即惯惯性性参参考考系系中中的的人人观观测测地面上发生的事件的时间也延缓。地面上发生
5、的事件的时间也延缓。【典例【典例1】一支静止时一支静止时30 m的火箭以的火箭以3 km/s的速度从观察者的身边飞过。的速度从观察者的身边飞过。(1)观察者测得火箭的长度应为多少？观察者测得火箭的长度应为多少？(2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？(3)如如果果火火箭箭的的速速度度为为光光速速的的二二分分之之一一，观观察察者者测测得得火火箭箭的的长长度度应应为为多多少少？(4)火箭内完好的手表走过了火箭内完好的手表走过了1 min，地面上的人认为经过了多少时间？，地面上的人认为经过了多少时间？答案答案(1)约约30 m(2)30 m(3)约约26 m(4)约
6、约1 mina易错警示易错警示理解相对论效应的两点注意理解相对论效应的两点注意(1)时时间间延延缓缓效效应应是是一一种种观观测测效效应应，不不是是时时钟钟走走快快了了或或走走慢慢了了，也也不不是被观测过程的节奏变化了。是被观测过程的节奏变化了。(2)长长度度收收缩缩效效应应也也是是一一种种观观测测效效应应，不不是是物物体体本本身身发发生生了了收收缩缩。另另外，在垂直于运动方向上不会发生收缩效应。外，在垂直于运动方向上不会发生收缩效应。跟进训练跟进训练1A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vAvB，在火，在火箭箭A上的人观察到的结果正确的是上的人观察
7、到的结果正确的是()A火箭火箭A上的时钟走得最快上的时钟走得最快B地面上的时钟走得最快地面上的时钟走得最快C火箭火箭B上的时钟走得最快上的时钟走得最快D火箭火箭B上的时钟走得最慢上的时钟走得最慢2在在一一个个飞飞船船上上测测得得船船的的长长度度为为100 m，高高度度为为10 m，当当飞飞船船以以0.60c的的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？速度从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？答案答案10 m80 m1牛顿力学的成就：牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到天体的运动，都服从从地面上物体的运动到天体的运动，都服从_的规律。的规律。2牛顿力学的局限性牛
8、顿力学的局限性(1)微微观观世世界界：电电子子、质质子子、中中子子等等微微观观粒粒子子，它它们们不不仅仅具具有有粒粒子子性性，同同时时还还具具有有波波动动性性，它它们们的的运运动动规规律律在在很很多多情情况况下下不不能能用用牛牛顿顿力力学学来说明。来说明。(2)牛顿力学只适用于牛顿力学只适用于_运动，不适用于运动，不适用于_运动。运动。知识点二知识点二牛顿力学的成就与局限性牛顿力学的成就与局限性牛顿力学牛顿力学低速低速高速高速如如图图所所示示是是粒粒子子对对撞撞机机，它它是是人人类类研研究究物物质质基基本本微微观观结结构构的的重重要要工工具具，通通过过持持续续输输入入能能量量，让让亚亚原原子子
9、粒粒子子在在管管道道中中以以极极限限接接近近光光速的速度高速运动。速的速度高速运动。【问题】【问题】(1)牛顿力学是否适用于质子的运动规律？牛顿力学是否适用于质子的运动规律？(2)如何研究质子的运动规律？如何研究质子的运动规律？(3)相对论、量子力学否定了牛顿力学吗？相对论、量子力学否定了牛顿力学吗？提示：提示：(1)不适用，牛顿力学只适用于宏观低速运动。不适用，牛顿力学只适用于宏观低速运动。(2)描述微观高速粒子的运动要用到量子力学。描述微观高速粒子的运动要用到量子力学。(3)相相对对论论、量量子子力力学学没没有有否否定定牛牛顿顿力力学学，牛牛顿顿力力学学是是相相对对论论、量量子子力学在一定
10、条件下的特例。力学在一定条件下的特例。1牛顿力学与相对论、量子力学的区别牛顿力学与相对论、量子力学的区别(1)牛牛顿顿力力学学适适用用于于低低速速运运动动的的物物体体；相相对对论论是是爱爱因因斯斯坦坦阐阐述述物物体体在在以接近光速运动时所遵循的规律。以接近光速运动时所遵循的规律。(2)牛牛顿顿力力学学适适用用于于宏宏观观世世界界；量量子子力力学学能能够够正正确确描描述述微微观观粒粒子子的的运运动规律。动规律。2牛顿力学与相对论、量子力学的联系牛顿力学与相对论、量子力学的联系(1)当当物物体体的的运运动动速速度度远远小小于于光光速速时时，相相对对论论物物理理学学与与牛牛顿顿力力学学的的结结论没有
11、区别。论没有区别。(2)当当另另一一个个重重要要常常数数即即普普朗朗克克常常量量h可可以以忽忽略略不不计计时时，量量子子力力学学和和牛顿力学的结论没有区别。牛顿力学的结论没有区别。(3)相相对对论论和和量量子子力力学学并并没没有有否否定定牛牛顿顿力力学学，牛牛顿顿力力学学是是二二者者在在一一定定条件下的特殊情形。条件下的特殊情形。【典典例例2】关关于于牛牛顿顿力力学学、爱爱因因斯斯坦坦假假设设和和量量子子力力学学，下下列列说说法法正正确确的的是是()A爱因斯坦假设和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论爱因斯坦假设和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论B牛顿力学包含于相对论之中，牛顿力学是相
12、对论的特例牛顿力学包含于相对论之中，牛顿力学是相对论的特例C牛牛顿顿力力学学只只适适用用于于宏宏观观物物体体的的运运动动，量量子子力力学学只只适适用用于于微微观观粒粒子子的的运运动动D不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的B相相对对论论没没有有否否定定牛牛顿顿力力学学，牛牛顿顿力力学学是是相相对对论论在在一一定定条条件件下下的的特特殊殊情情形形，A错错误误，B正正确确；牛牛顿顿力力学学适适用用于于宏宏观观、低低速速、弱弱引引力力的的领领域域，C、D错误。错误。跟进训练跟进训练3关于牛顿力学的适用范围和局限性，下列说法
13、正确的是关于牛顿力学的适用范围和局限性，下列说法正确的是()A牛顿力学过时了，应该被量子力学所取代牛顿力学过时了，应该被量子力学所取代B由于超音速飞机的速度太大，其运动不能用牛顿力学来解释由于超音速飞机的速度太大，其运动不能用牛顿力学来解释C人造卫星的运动不适合用牛顿力学来描述人造卫星的运动不适合用牛顿力学来描述D当当物物体体的的速速度度接接近近光光速速时时，其其运运动动规规律律不不适适合合用用牛牛顿顿力力学学来来描描述述D牛牛顿顿力力学学没没有有过过时时，在在低低速速宏宏观观问问题题中中仍仍然然适适用用，故故A错错误误；超超音音速速飞飞机机的的速速度度远远低低于于光光速速，其其运运动动能能用
14、用牛牛顿顿力力学学来来解解释释，故故B错错误误；人人造造卫卫星星的的运运动动速速度度远远低低于于光光速速，适适合合用用牛牛顿顿力力学学来来描描述述，故故C错错误误；当当物物体体的的速速度度接接近近光光速速时时，其其运运动动规规律律不不适适合合用用牛牛顿顿力力学来描述，故学来描述，故D正确。正确。学习效果随堂评估自测021对于时空观的认识，下列说法正确的是对于时空观的认识，下列说法正确的是()A相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律B相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例C相相对对论论的的出出
15、现现使使经经典典物物理理学学在在自自己己的的适适用用范范围围内内不不再再继继续续发发挥挥作用作用D经经典典物物理理学学建建立立在在实实验验的的基基础础上上，它它的的结结论论又又受受到到无无数数次次实实验验的检验，因此在任何情况下都适用的检验，因此在任何情况下都适用1 12 23 34 4B相相对对论论给给出出了了物物体体在在高高速速运运动动时时所所遵遵循循的的规规律律，经经典典物物理理学学为为它它在在低低速速运运动动时时的的特特例例，在在自自己己的的适适用用范范围围内内还还将将继继续续发发挥挥作作用用；经经典典物物理理学学适适用用于于宏宏观观、低低速速运运动动，不不适适用用于于微微观观、高高速
16、速运运动动，故故A、C、D错误，错误，B正确。正确。1 12 23 34 42(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式B在真空中，光的速度与光源的运动状态无关在真空中，光的速度与光源的运动状态无关C在惯性系和非惯性系中光都是沿直线传播的在惯性系和非惯性系中光都是沿直线传播的D在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同1 12 23 34 4ABD根根据据相相对对性性原原理理知知，物物理理规规律律在在所所有有惯惯性性系系中中都都具具有有相相同同的的形形式式，A正正确确；根根据据光光速速不不变变原原理理知知，B、D正正确确；在在惯惯性性系系中中光光是是沿沿直直线线传传播播的的，在在非非惯惯性性系系中中光光不不是是沿沿直直线线传传播播，而而是是一一段段弧弧线线，C错误。错误。1 12 23 34 43A、B、C是是三三个个完完全全相相同同的的时时钟钟，A放放在在地地面面上上，B、C分分别别放放在在两两个个火火箭箭上上，以以速速度度vb和和vc朝朝
