【講與練】高中物理人教版(2019)必修2：7.5 相對論時空觀與牛頓力學(xué)局限性課件

第七章萬有引力與宇宙航行課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動探究課堂達(dá)標(biāo)檢測目標(biāo)體系構(gòu)建易錯辨析警示課堂小結(jié)5．相對論時空觀與牛頓力學(xué)局限性目標(biāo)體系構(gòu)建1．知道牛頓力學(xué)的局限性，體會人類對自然界的探索是不斷深入的。2．初步了解相對論時空觀。3．關(guān)注宇宙起源和演化的研究進(jìn)展。課前預(yù)習(xí)反饋

相對論時空觀

知識點

11．絕對時空觀：時間與空間都是獨立于物體及其_______而存在的，也叫牛頓力學(xué)時空觀。2．愛因斯坦的兩個假設(shè)：(1)在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是_______的；(2)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(yīng)：Δt＝_______。4．長度收縮效應(yīng)l＝__________。5．相對論時空觀運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進(jìn)程)都跟物體的___________有關(guān)。運動相同相同運動狀態(tài)『判一判』(1)運動的時鐘顯示的時間變慢，高速飛行的μ子的壽命變長。(

)(2)沿著桿的方向，相對于觀察者運動的桿的長度變短。(

)×√『想一想』世界上各式各樣的鐘：砂鐘、電鐘、機(jī)械鐘、光鐘和生物鐘。既然運動可以使某一種鐘變慢，它一定會使所有的鐘都一樣變慢。這種說法對嗎？答案：對。牛頓力學(xué)的成就與局限性

知識點

21．牛頓力學(xué)的成就：從地面上物體的運動到_______的運動，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計各種機(jī)械，從自行車到汽車、火車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運動，從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……所有這些都服從___________的規(guī)律。2．牛頓力學(xué)的局限性：牛頓力學(xué)對于___________的物體和電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子是不適用的。3．量子力學(xué)的建立能夠很好地描述_______運動的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。4．相對論與量子力學(xué)都沒有_______過去的科學(xué)，而只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的_______情形。天體牛頓力學(xué)高速運動微觀否定特殊『判一判』(1)在經(jīng)典力學(xué)中，位移的測量與參考系的運動情況無關(guān)。(

)(2)經(jīng)典力學(xué)只適用于世界上普通的物體，研究天體的運動，經(jīng)典力學(xué)就無能為力了。(

)(3)洲際導(dǎo)彈的速度可達(dá)到6000m/s，在這種高速運動狀態(tài)下，經(jīng)典力學(xué)不適用。(

)(4)對于宏觀物體的低速運動問題，相對論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)是一致的。(

)√××√『選一選』(2023·全國高一單元測試)下列說法中不正確的是(

)A．牛頓運動定律適用于宏觀、低速、弱作用力領(lǐng)域B．經(jīng)典力學(xué)適用于微觀、高速、強(qiáng)引力場等物體的運動C．一旦測出了引力常量，就可以算出地球的質(zhì)量D．17世紀(jì)，牛頓把天空中的現(xiàn)象與地面上的現(xiàn)象統(tǒng)一起來，成功的解釋了天體運動的規(guī)律B課內(nèi)互動探究探究

相對論時空觀的理解要點提煉牛頓力學(xué)時空觀與相對論時空觀比較比較項目牛頓力學(xué)時空觀相對論時空觀同時絕對性相對性長度絕對性相對性光速可變(遵循經(jīng)典速度變換規(guī)律)不變物理規(guī)律－在不同慣性參考系中其形式相同典例剖析(多選)用相對論的觀點判斷下列說法正確的是(

)A．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度都不會改變B．在地面上的人看來，以10km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變快，但飛船中的宇航員卻認(rèn)為時鐘是準(zhǔn)確的C．在地面上的人看來，以10km/s的速度垂直地面向上運動的飛船在運動方向上會變短，而飛船中的宇航員卻感覺地面上的人看起來比飛船中的人扁一些D．當(dāng)物體運動的速度v遠(yuǎn)小于c時，長度收縮效應(yīng)和時間延緩效應(yīng)都可以忽略不計典題1CD

如圖所示，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為(

)A．0.4c B．0.5c

C．0.9c

D．1.0c解析：根據(jù)光速不變原理，在一切慣性參考系中測量到真空中的光速c都一樣，而壯壯所處參考系即為慣性參考系，因此壯壯觀察到的光速為1.0c，選項D正確。對點訓(xùn)練?D探究

牛頓力學(xué)的成就與局限性要點提煉1.牛頓力學(xué)的成就牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運動定律，在低速、宏觀、弱引力的廣闊領(lǐng)域，牛頓力學(xué)取得了巨大的成就。牛頓力學(xué)又稱為經(jīng)典力學(xué)。研究方法的代表伽利略的“自然數(shù)學(xué)法”和牛頓的“歸納演繹法”推動了物理、數(shù)學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展主要成就天體力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等得到了廣泛的應(yīng)用18世紀(jì)60年代，力學(xué)和熱力學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用，引發(fā)了第一次工業(yè)革命動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等是航空航天技術(shù)的理論基礎(chǔ)2.牛頓力學(xué)的局限性20世紀(jì)20年代，建立了量子力學(xué)，它能夠很好地描述微觀粒子運動的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用；愛因斯坦的廣義相對論表明，在強(qiáng)引力的作用下，牛頓的引力理論將不再適用；相對論和量子力學(xué)都沒有否定牛頓力學(xué)，而是認(rèn)為牛頓力學(xué)是相對論在低速情況下的近似。典例剖析關(guān)于牛頓力學(xué)、相對論和量子力學(xué)，下列說法正確的是(

)A．相對論和牛頓力學(xué)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)律適用相對論理論，在低速運動時，物體的運動適用牛頓運動定律C．牛頓力學(xué)適用于宏觀物體的運動，也適用于微觀粒子的運動D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的典題2B

解析：牛頓力學(xué)解決低速、宏觀問題，高速運動和強(qiáng)引力作用問題應(yīng)由相對論解決，微觀問題應(yīng)由量子力學(xué)解決。相對論并沒有否定牛頓力學(xué)，而是認(rèn)為牛頓力學(xué)是相對論理論在一定條件下的特殊情況，故選項A、C、D錯誤，B正確。(多選)關(guān)于牛頓力學(xué)理論，下列說法正確的是(

)A．牛頓力學(xué)是物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)B．牛頓力學(xué)的理論體系是經(jīng)過幾代科學(xué)家長期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來的C．牛頓力學(xué)具有豐富的理論成果，也建立了驗證科學(xué)的方法體系D．當(dāng)物體運動速度很大(v→c)、引力很強(qiáng)、活動空間很小(微觀)時，牛頓力學(xué)理論所得的結(jié)果與實驗結(jié)果之間符合得很好對點訓(xùn)練?ABC解析：牛頓力學(xué)理論的建立歷程曲折，成果顯著，是物理學(xué)、天文學(xué)及現(xiàn)代工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，但也存在一些局限性，當(dāng)物體運動速度很大(v→c)、引力很強(qiáng)、活動空間很小(微觀)時，牛頓力學(xué)理論所得的結(jié)果與實驗結(jié)果之間出現(xiàn)了較大的偏差，選項A、B、C正確，選項D錯誤。課堂小結(jié)易錯辨析警示易錯點：不能靈活運用相對論時空觀

與相對論有關(guān)的問題，下列說法正確的是(

)A．火箭內(nèi)有一時鐘，當(dāng)火箭高速運動后，此火箭內(nèi)觀察者發(fā)現(xiàn)時鐘變慢了B．一根桿的長度靜止時為l0，不管桿如何運動，桿的長度均小于l0C．如果兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，則與它們一起運動的兩位觀察者都會認(rèn)為對方的桿縮短了D．相對論只適用于高速運動(速度接近真空中的光速的運動)，不適用于低速運動案例C易錯分析：不理解牛頓力學(xué)與相對論之間的區(qū)別與聯(lián)系而錯選D，對相對論的內(nèi)容理解不透徹而錯選A、B。正確解答：當(dāng)火箭高速運動后，火箭內(nèi)觀察者相對于時鐘的速度為0，所以發(fā)現(xiàn)時鐘走時速度不變，A錯誤；一根桿的長度靜止時為l0，當(dāng)桿運動方向與桿垂直時，桿的長度不發(fā)生變化，B錯誤；根據(jù)相對論時空觀，兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們一起運動的兩位觀察者都認(rèn)為對方的桿縮短了，C正確；相對論和牛頓力學(xué)在低速運動中的結(jié)論沒有區(qū)別，D錯誤。課堂達(dá)標(biāo)檢測一、相對論時空觀1．(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，下列說法正確的是(

)A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢B．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快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BC解析：飛船上的人以飛船為參考系，故地球是高速運動的，根據(jù)時間延緩效應(yīng)，飛船上的人觀測到地球上的銫原子鐘較慢，即飛船上的人觀測到飛船上的銫原子鐘較快，故A錯誤，B正確；地球上的人以地球為參考系，飛船是高速運動的，同樣根據(jù)時間延緩效應(yīng)，觀測到飛船上的鐘較慢，故地球上的人觀測到地球上的鐘較快，故C正確，D錯誤。2．(2023·福建福州高一月考)下列說法中不正確的是()A．桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同，這是經(jīng)典物理學(xué)家的觀點B．由靜止的人來測，沿自身長度方向運動的桿的長度總比桿靜止時的長度小C．桿靜止時的長度為l0，不管桿如何運動，桿的長度均小于l0D．如果兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們分別相對靜止的兩位觀察者都會認(rèn)為對方的桿縮短了C解析：經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為，空間是絕對的，桿的長度與觀察者相對其是否運動無關(guān)，故A說法正確，不符合題意；狹義相對論認(rèn)為，沿桿子方向運動的桿子的長度比它靜止時的長度短，故B說法正確，不符合題意；當(dāng)桿運動的方向與桿垂直時，桿的長度不發(fā)生變化，故C說法錯誤，符合題意；根據(jù)相對論時空觀的觀點，兩根平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們分別相對靜止的兩位觀察者都會認(rèn)為對方的桿縮短了，故D說法正確，不符合題意。3．(2023·遼寧本溪縣高一月考)如下圖所示，慣性系S中有一邊長為L的立方體，從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上觀察該立方體的形狀是()D解析：根據(jù)相對論效應(yīng)可知，沿x軸方向正方形邊長縮短，沿y軸方向和z軸方向正方形邊長不變。故選D。二、牛頓力學(xué)的成就與局限性4．下列物體的運動，不能用經(jīng)典力學(xué)描述的是(

)A．“復(fù)興”號列車高速行駛B．電子以接近光的速度運動C．“神舟十號”飛船在軌道上運行D．“遼寧”號航空母艦在大海上航行解析：經(jīng)典力學(xué)適用于低速、宏觀的物體，不適用于高速、微觀的物體，故電子以接近光的速度運動時不能用經(jīng)典力學(xué)描述，列車的行駛、飛船的運行以及航空母艦在大海中行駛都能用經(jīng)典力學(xué)描述，故不能用經(jīng)典力學(xué)描述的只有B，B正確，A、C、D錯誤。B5．關(guān)于牛頓力學(xué)的局限性，下列說法正確的是(

)A．牛頓力學(xué)適用于宏觀低速運動的物體B．由于牛頓力學(xué)有局限性，所以一般力學(xué)問題都用相對論來解決C．火車提速后，有關(guān)速度問題不能用牛頓力學(xué)來處理D．牛頓力學(xué)只適用于像地球和太陽那樣大的宏觀物體解析：牛頓力學(xué)適用于宏觀低速物體，它不僅僅適用于像地球和太陽這樣大的宏觀物體，還適用于體積較小一些的宏觀物體，故A正確，D錯誤；雖然牛頓力學(xué)有局限性，但它適用于一般的宏觀低速物體，對于常見力學(xué)問題仍可以用牛頓力學(xué)求解，B錯誤；火車提速后，仍處于宏觀低速狀態(tài)，相對論中“高速”指速度接近光速，C錯誤。A6．(多選)來自中國的全國首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”從太空發(fā)出兩道紅色的光，射向青海德令哈站與千公里外的云南麗江高美古站，首次實現(xiàn)人類歷史上第一次距離達(dá)“千公里級”的量子密鑰分發(fā)。下列說法正確的是(

)A．牛頓力學(xué)適用于描述“墨子號”繞地球運動的規(guī)律B．牛頓力學(xué)適用于描述光子的運動規(guī)律C．量子力學(xué)可以描述“墨子號”發(fā)出的“兩道紅色的光