2021年高中物理人教版（新教材）必修第二册课件：第7章 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性.ppt

1、第七章第七章 万有引力与宇宙航行万有引力与宇宙航行 第五节第五节 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 目标体系构建目标体系构建 课前预习反馈课前预习反馈 课内互动探究课内互动探究 核心素养提升核心素养提升 课堂达标检测课堂达标检测 夯基提能作业夯基提能作业 目标体系构建目标体系构建 【学习目标】 1知道什么是绝对时空观和相对论时空观。 2知道爱因斯坦的两个假设。 3知道时间延缓效应和长度收缩效应。 4了解牛顿力学的局限性和适用范围。 【思维脉络】 课前预习反馈课前预习反馈 相对论时空观 1绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其_而存在的， 也叫牛顿力学时空观。 2爱

2、因斯坦的两个假设： (1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是_的； (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_的。 3时间延缓效应：t_。 知识点知识点 1 运动运动 相同相同 相同相同 1 v c 2 4长度收缩效应： l_。 5相对论时空观： 运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的 _有关。 l01 v c 2 运动状态运动状态 牛顿力学的成就与局限性 1牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到_的运动，从拦河 筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代 交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞 船所有这些都服从_的规

3、律。 2牛顿力学的局限性：牛顿力学对于_的物体和电子、质 子、中子等微观粒子是不适用的。 知识点知识点 2 天体天体 牛顿力学牛顿力学 高速运动高速运动 3量子力学的建立能够很好地描述_运动的规律，并在现代科 学技术中发挥了重要作用。 4相对论与量子力学都没有_过去的科学，而只认为过去的科 学是自己在一定条件下的_情形。 微观微观 否定否定 特殊特殊 判一判 (1)在不同的惯性系中，光速是不同的。 ( ) (2)由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选 择任何惯性系。 ( ) (3)按照经典时空观，某一事件的发展过程，在不同的惯性系中观察，它们的 时间间隔是相同的。 (

4、 ) (4)相对论和量子力学的出现，说明经典力学已失去意义。 ( ) (5)原子中电子的运动能用经典力学进行解释。 ( ) (6)空气中灰尘的运动能用经典力学进行解释。 ( ) 预习自测预习自测 选一选 如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮， 壮壮的飞行速度为 0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测 到该光束的传播速度为 ( ) A0.4c B0.5c C0.9c Dc 解析：由狭义相对论的基本假设：光速不变原理，真空中的光速在不同 的惯性参考系中都是相同的，可知D正确。 D 想一想 世界上各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动

5、可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法对吗？ 提示：对。 课内互动探究课内互动探究 相对论时空观相对论时空观 探究探究 一一 情境导入情境导入 如图，高速运行的列车车厢，车顶上有一个反光镜，列车上一个人对着 反光镜照射一束光。思考：列车上的人和地面上的人观察到的光的往返 时间是否相同？ 提示：不同。 牛顿力学时空观与相对论时空观比较 要点提炼要点提炼 比较项目比较项目 牛顿力学时空观牛顿力学时空观 相对论时空观相对论时空观 同时同时 绝对性绝对性 相对性相对性 长度长度 绝对性绝对性 相对性相对性 光速光速 可变可变(遵循经典速度变换遵循经典速度变换 规律规律) 不变不变

6、物理规律物理规律 在不同惯性参考系中其形式相同在不同惯性参考系中其形式相同 D 如图，假设一根10 m长的梭镖以光速穿过一根10 m长的管子， 它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好的描述了梭镖穿 过管子的情况的是 ( ) A梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来 C两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖 D所有这些都与观察者的运动情况有关 典例剖析典例剖析 典例典例 1 思路引导：思路引导：“尺缩尺缩”效应公式效应公式 ll01 v c 2中的 中的 l 和和 l0是具有相对是具有相对 性的，到

7、底是管子收缩变短还是梭镖收缩变短，要看观察者所处的参考性的，到底是管子收缩变短还是梭镖收缩变短，要看观察者所处的参考 系。系。 解析：如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么 梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全在管子内部，然而当你 和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以 看到梭镖两端都伸出管子。 对点训练对点训练 1如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A、B、C三个时钟， 下列说法正确的是 ( ) AA时钟走得最慢，B时钟走得最快 BA时钟走得最慢，C时钟走得最快 CC时钟走得最慢，A时钟走得最快 DB时钟走得最慢，A时钟走得最快 C 解析

8、：解析：A、B、C 在同一转盘上，它们的角速度相同，由在同一转盘上，它们的角速度相同，由 vr 可知可知 r 越大，线速度越大，线速度 v 越大。越大。t 1 v c 2可知， 可知，v 越大，越大，t 越大，也就是说越大，也就是说 钟走得越慢。从图中可以看出，钟走得越慢。从图中可以看出，A 时钟的线速度最小，时钟的线速度最小，C 时钟的线速度最时钟的线速度最 大，大，故故 A 时钟走得最快，时钟走得最快，C 时钟走得最慢。时钟走得最慢。 牛顿力学的成就与局限性牛顿力学的成就与局限性 探究探究 二二 情境导入情境导入 能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗？ 提示：不能。 1牛顿力学的成就

9、牛顿力学的基础是牛顿运动定律，在低速、宏观、弱引力的广阔领域， 牛顿力学取得了巨大的成就。牛顿力学又称为经典力学。 要点提炼要点提炼 研究方法研究方法 的代表的代表 伽利略的伽利略的“自然数学法自然数学法”和牛顿的和牛顿的“归纳演绎法归纳演绎法”推动了物理、推动了物理、 数学和哲学的发展数学和哲学的发展 主要成就主要成就 天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用 18世纪世纪60年代，力学和热力学的发展及应用，引发了第一次工业年代，力学和热力学的发展及应用，引发了第一次工业 革命革命 动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础动量

10、守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础 2牛顿力学的局限性 20世纪20年代，建立了量子力学，它能够很好地描述微观粒子运动的规 律，并在现代科学技术中发挥了重要作用；爱因斯坦的广义相对论表明， 在强引力的作用下，牛顿的引力理论将不再适用；相对论和量子力学都 没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论在低速情况下的近似。 (多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而牛顿力学 却无法解释。牛顿力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处 理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子。这说明 ( ) A随着认识的发展，牛顿力学已成了过时的理论 B人们对客观事物的具体认识在

11、广度上是有局限性的 C不同领域的事物各有其本质与规律 D人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与 规律 典例剖析典例剖析 典例典例 2 BCD 思路引导：相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广 阔和深入，但并不表示牛顿力学失去了意义。历史上的科学成就不会被 新的科学成就完全否定，而是作为某些条件下的特殊情形，被包括在新 的科学成就之中。 解析：人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平 的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断扩展自 己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学 的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定

12、，只能认为过去的科学是新的 科学在一定条件下的特殊情形。 对点训练对点训练 2(2020广东佛山一中高一下学期期中)牛顿力学不适用于下列哪些运 动 ( ) A火箭的发射 B速度接近光速的物体的运动 C“墨子号”在太空的运动 D宇宙飞船绕地球的运动 解析：牛顿力学适用于宏观、低速物体的运动，而不适用于微观、高速 物体的运动，故选B。 B 核心素养提升核心素养提升 易错点：不深刻理解长度的相对性而致错易错点：不深刻理解长度的相对性而致错 假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个 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这个人是一个矮胖子 B这个人是一个瘦高个子 C这个人矮但不胖 D这个人瘦但不高 案案 例例 D 易错分析：不理解尺缩效应只发生在相对运动的方向上，但在垂直运动 方向上长度不变而错选A、B、C。 正确解答：取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动， 根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直运动方向上不发生变 化，A、B、C错误，D正确。 素养警示 根据相对论时空观，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止 时的长度小，称为长度收缩效应，长度收缩效应只发生在相对运动的方 向上，但在垂直于运动方向上的长度不变。