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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学习目标学习目标学法指导学法指导1.知知道道光光速速不不变变原原理理，了了解解相相对对论论的的时时间间延延缓缓效效应和长度收缩效应应和长度收缩效应2知知道道牛牛顿顿力力学学的的成成就就和和局局限限性性，了了解解物物理理学学发展的历史发展的历史1.通通过过学学习习和和阅阅读读教教材材，初初步步了了解解相相对对论论时时空空观观了了解解时时间间延延缓缓和和长长度度收收缩缩效效应应通通过过阅阅读读“科科学学漫漫步步”激激发发关关注注宇宇宙宙起起源源和和演演化化的的科科学学兴兴趣趣2通通过过互互联联网网学学习习，了了解解相相对对论论，学学习习相相对对论论
2、的建立及对人类认识世界的作用的建立及对人类认识世界的作用知识导图知识导图课前 自主预习1牛顿力学时空观牛顿力学时空观河河水水相相对对岸岸的的速速度度为为v水水岸岸，船船相相对对水水的的速速度度为为v船船水水，则则船船相相对对岸岸的的速度为速度为_2相对论时空观相对论时空观(1)光光速速不不变变原原理理：真真空空中中的的光光速速在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中中大大小小都都是是_的的相对论时空观相对论时空观v船岸船岸v船水船水v水岸水岸相同相同(2)时时间间延延缓缓效效应应：相相对对于于地地面面以以v运运动动的的惯惯性性参参考考系系上上的的人人观观察察到到与与其其一一起起运运动动的的物物体
3、体完完成成某某个个动动作作的的时时间间间间隔隔为为，而而地地面面上上的的人人观观察察到到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为t，则，则t_.(3)长长度度收收缩缩效效应应：与与杆杆相相对对静静止止的的人人测测得得杆杆长长是是l0，沿沿着着杆杆的的方方向向以以v相对杆运动的人测得杆长是相对杆运动的人测得杆长是l，则，则l_.参考系变化了，光速是否会变化？参考系变化了，光速是否会变化？【答案】【答案】不变不变假假设设地地面面上上有有一一火火车车以以接接近近光光速速的的速速度度运运行行，车车内内站站立立着着一一个个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观
4、察的结果是中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是()A这个人是一个矮胖这个人是一个矮胖子子B这个人是一个瘦高个子这个人是一个瘦高个子C这个人矮但不这个人矮但不胖胖D这个人瘦但不高这个人瘦但不高【答案】【答案】D【解解析析】根根据据长长度度的的相相对对性性，相相对对运运动动方方向向长长度度减减小小，垂垂直直于于运运动动方向上的长度不变，所以这个人瘦但不高，方向上的长度不变，所以这个人瘦但不高，D正确正确1牛牛顿顿力力学学的的成成就就：从从地地面面上上物物体体的的运运动动到到天天体体的的运运动动，都都服服从从_的规律的规律2牛牛顿顿力力学学的的局局限限性性：牛牛顿顿力力学学适适用用于
5、于_、_的的物物体体而不适用于而不适用于_、高速的物体、高速的物体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宏观宏观低速低速微观微观相对论与量子力学否定了牛顿力学吗？相对论与量子力学否定了牛顿力学吗？【答案】【答案】没有它们各自有适用范围没有它们各自有适用范围(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式C研研究究电电子子运运动动要要用用狭狭义义相相对对论论原原理理，研研究究铅铅球球运运动动可可用用牛牛顿顿运运动
6、定律动定律D研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律律【答案】【答案】AC【解解析析】以以牛牛顿顿运运动动定定律律为为基基础础的的经经典典物物理理学学处处理理低低速速、宏宏观观物物体体的的运运动动是是相相当当完完美美的的，但但对对于于高高速速的的微微观观的的运运动动就就无无能能为为力力了了显显然然，铅铅球球的的运运动动可可以以用用牛牛顿顿定定律律来来解解决决，电电子子的的运运动动则则不不能能用用牛牛顿顿定定律律来来解解决决，而而要要用用狭狭义义相相对对论论原原理理来来解解决决本本题题主主要要考考查查经经典典物物理理学学的的适适用用范范围，围，A、C正确正确课堂
7、 重难探究例例1(2023年肇庆广信中学质检年肇庆广信中学质检)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A在在高高速速运运动动的的火火车车车车厢厢中中央央，光光源源同同时时向向车车厢厢前前后后两两壁壁发发出出了了一个闪光，地面上的人看到闪光同时到车厢的前后壁一个闪光，地面上的人看到闪光同时到车厢的前后壁B在任何惯性参考系中，物体的运动速度都不能超过光速在任何惯性参考系中，物体的运动速度都不能超过光速C一一条条沿沿自自身身长长度度方方向向高高速速运运动动的的杆杆，其其长长度度总总比比杆杆静静止止时时的的长长度大度大D同样的两个事件，在不同的参考系中观测，时间间隔都相同样的两个事件，在不同的参考系
8、中观测，时间间隔都相同同相对论时空观相对论时空观【答案】【答案】B变变式式1(多多选选)接接近近光光速速飞飞行行的的飞飞船船和和地地球球上上各各有有一一个个相相同同的的铯铯原原子子钟，飞船和地球上的人观测这两个钟的快慢，下列说法正确的有钟，飞船和地球上的人观测这两个钟的快慢，下列说法正确的有()A飞船上的人观测到飞船上的钟较快飞船上的人观测到飞船上的钟较快B飞船上的人观测到飞船上的钟较慢飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C地球上的人观测到地球上的钟较快地球上的人观测到地球上的钟较快D地球上的人观测到地球上的钟较慢地球上的人观测到地球上的钟较慢【答案】【答案】AC【解解析析】由由狭狭义义相相对对论论
9、的的“钟钟慢慢效效应应”原原理理可可知知，飞飞船船上上的的人人观观测测到到地地球球上上的的钟钟比比飞飞船船上上慢慢，地地球球上上的的人人观观测测到到飞飞船船上上的的钟钟比比地地球球上上慢慢，故故A、C正确，正确，B、D错误错误(1)由由于于日日常常生生活活中中相相对对速速度度比比较较小小，和和光光速速相相比比可可以以忽忽略略不不计计，故故观察不到明显的相对论效应观察不到明显的相对论效应(2)时钟变慢效应中的相对速度的大小都是针对光速来说的时钟变慢效应中的相对速度的大小都是针对光速来说的1经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动(vc).2经典力学不适用于微观领域中能
10、量不连续的运动经典力学不适用于微观领域中能量不连续的运动3经经典典力力学学规规律律只只在在惯惯性性参参考考系系中中成成立立经经典典力力学学规规律律只只能能用用于宏观、低速于宏观、低速(与光速相比与光速相比)的情形，且只在惯性参考系中成立的情形，且只在惯性参考系中成立经典力学经典力学(牛顿力学牛顿力学)的适用范围的适用范围例例2(多多选选)(2023年年韶韶关关名名校校质质检检)如如图图甲甲所所示示，质质子子束束被被加加速速到到接接近近光光速速；如如图图乙乙所所示示，中中子子星星是是质质量量、密密度度非非常常大大的的星星体体下下列列说说法法正正确的是确的是()A牛顿力学适用于质子束的运动规律牛顿
11、力学适用于质子束的运动规律B牛顿力学不适用于质子束的运动规律牛顿力学不适用于质子束的运动规律C牛顿力学适用于中子星的引力规律牛顿力学适用于中子星的引力规律D牛顿力学不适用于中子星的引力规律牛顿力学不适用于中子星的引力规律【答案】【答案】BD【解解析析】牛牛顿顿力力学学适适用用于于宏宏观观、低低速速物物体体的的运运动动规规律律，不不适适用用于于质质子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律，子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律，B、D正确正确变式变式2以下说法正确的是以下说法正确的是()A经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子B相对论与量子
12、力学否定了经典力学理论相对论与量子力学否定了经典力学理论C在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变D经典力学理论具有一定的局限性经典力学理论具有一定的局限性【答案】【答案】D【解解析析】经经典典力力学学理理论论适适应应于于宏宏观观物物体体，不不适适用用微微观观粒粒子子，A错错误误；相相对对论论并并没没有有否否定定经经典典力力学学，而而是是在在其其基基础础上上发发展展起起来来的的，有有各各自自成成立立范范围围，B错错误误；在在相相对对论论中中，物物体体的的质质量量随随运运动动状状态态而而改改变变，在在经经典典力力学学中中，物物体体的的质质量量与与运运动动状
13、状态态无无关关，C错错误误；经经典典力力学学理理论论具具有有一一定定的的局限性，对高速微观粒子不适用，局限性，对高速微观粒子不适用，D正确正确小练 随堂巩固1(2023年年哈哈尔尔滨滨期期末末)据据2023年年6月月30日日消消息息，包包括括我我国国科科学学家家在在内内的的团团队队找找到到了了宇宇宙宙背背景景引引力力波波的的新新证证据据物物理理学学史史上上许许多多物物理理学学家家的的科科学学研研究究推推动动了了人人类类文文明明的的进进程程，关关于于相相对对论论时时空空观观与与牛牛顿顿力力学学的的局局限限性，下列说法正确的是性，下列说法正确的是()A经经典典力力学学能能够够说说明明微微观观粒粒子
14、子的的规规律律性性，仍仍能能适适用用于于宏宏观观物物体体的的高速运动问题高速运动问题B相相对对论论与与量量子子力力学学的的出出现现否否定定了了经经典典力力学学，表表示示经经典典力力学学已已失失去意义去意义C经经典典力力学学并并不不等等于于牛牛顿顿运运动动定定律律，牛牛顿顿运运动动定定律律只只是是经经典典力力学学的基础的基础D经经典典力力学学在在现现代代广广泛泛应应用用，它它的的正正确确性性无无可可怀怀疑疑，仍仍是是普普遍遍适适用的用的【答案】【答案】C【解解析析】经经典典力力学学具具有有一一定定的的局局限限性性，只只能能适适用用于于宏宏观观、低低速速运运动动的的物物体体，而而对对于于微微观观、
15、高高速速运运动动的的物物体体则则不不适适用用，并并不不具具有有普普遍遍性性，A、D错错误误；相相对对论论与与量量子子力力学学的的出出现现并并未未否否定定经经典典力力学学，而而是是补补充充了了经经典典力力学学的的不不足足，它它们们并并不不能能替替代代经经典典力力学学的的地地位位，B错错误误；经经典典力力学学并并不不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，C正确正确2(2023年年清清远远一一中中月月考考)若若一一列列火火车车以以接接近近光光速速的的速速度度在在高高速速行行驶驶，车上的人用望远镜来观察地面上的一只排球，其观察的结果是车上的
16、人用望远镜来观察地面上的一只排球，其观察的结果是()A像一只乒乓球像一只乒乓球(体积变小体积变小)，如图甲，如图甲B像一只篮球像一只篮球(体积变大体积变大)，如图乙，如图乙C像一只橄榄球像一只橄榄球(竖直放置竖直放置)，如图丙，如图丙D像一只橄榄球像一只橄榄球(水平放置水平放置)，如图丁，如图丁【答案】【答案】C【解解析析】根根据据狭狭义义相相对对论论，以以观观察察者者为为参参照照系系，则则排排球球以以接接近近光光速速的的速速度度反反向向运运动动，由由长长度度收收缩缩效效应应可可知知，观观察察者者测测得得排排球球水水平平宽宽度度变变短短，竖直长度不变，因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球，竖直长度不变，因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球，C正确正确3(多多选选)关关于于经经典典力力学学、狭狭义义相相对对论论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狭义相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论狭义相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论B在在物物体体高高速速运运动动时时，物物体体的的运运动动规规律律适适用用狭狭义义相相对对论论理理论论，在在低速运动时，
