2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章萬有引力與宇宙航行第5節(jié)相對論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性學(xué)案新人教版必修2

PAGE1-第5節(jié)相對論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.感受牛頓力學(xué)在高速世界與事實(shí)的沖突,知道牛頓力學(xué)只適用于低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)。知道相對論、量子論有助于人類相識(shí)高速、微觀領(lǐng)域。2.知道愛因斯坦相對論的基本假設(shè),知道長度相對性和時(shí)間間隔相對性的表達(dá)式。3.了解宇宙起源的大爆炸理論,知道科學(xué)真理是相對的,未知世界必將在人類不懈的探究中被解開更多的謎底。自主預(yù)習(xí)1.愛因斯坦假設(shè)在不同的參考系中,物理規(guī)律的形式都是的。真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是。

2.時(shí)間和空間的相對性(1)時(shí)間延緩效應(yīng)假如相對于地面以速度v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人視察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ,地面上的人視察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δt,那么兩者之間的關(guān)系是Δt=,總有ΔtΔτ,所以這種狀況,稱為時(shí)間延緩效應(yīng)。

(2)長度收縮效應(yīng)假如與桿相對靜止的人測得桿長是l0,沿著桿的方向,以v相對桿運(yùn)動(dòng)的人測量桿長l,那么兩者之間的關(guān)系l=,總有l(wèi)l0,這種狀況稱為長度收縮效應(yīng)。

3.經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍:只適用于運(yùn)動(dòng),不適用于運(yùn)動(dòng);只適用于世界,不適用于世界。

4.1915年,愛因斯坦創(chuàng)立了,這是一種新的時(shí)空與引力的理論.在強(qiáng)引力的狀況下,牛頓引力理論。當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c(3×108m/s)時(shí),相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論。當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即“普朗克常數(shù)”(6.63×10-34J·s)可以忽視不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論,相對論與量子力學(xué)都沒有否定經(jīng)典力學(xué),而是認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)是自己在肯定條件下的特別情形。

課堂探究一、肯定論時(shí)空觀【情景設(shè)問】肯定時(shí)空觀與光速不變試驗(yàn)之間的沖突問題1.下圖為高速列車行駛時(shí)車廂內(nèi)顯示的列車速度,列車上的乘客視察到車廂內(nèi)的時(shí)間、長度與地面上的視察者看到的相同嗎?時(shí)間和空間都不會(huì)因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)而變更的觀念叫什么?問題2.假如測得的光速是1.2c,這與之前我們知道的光速c是自然界最快的速度沖突嗎?問題3.電磁波(光)傳播的速度是c。有沒有指明這個(gè)速度是相對哪個(gè)參考系的?假如沒有指明,說明白什么?有試驗(yàn)證據(jù)嗎?問題4.邁克耳孫—莫雷試驗(yàn)的干脆結(jié)果是什么?這一結(jié)果與我們熟識(shí)的速度合成相同嗎?問題5.在力學(xué)理論與試驗(yàn)結(jié)果有沖突時(shí),不同的物理學(xué)家處理的方法有何差異?問題6.為了解決上述沖突,愛因斯坦做了什么?兩個(gè)假設(shè)的內(nèi)容是什么?二、相對論時(shí)空觀【情景設(shè)問】閱讀教材,思索:1.在經(jīng)典力學(xué)和狹義相對論中,位移和時(shí)間的測量在不同參考系中有何區(qū)分?2.從物體運(yùn)動(dòng)速度的方面看,經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么?三、牛頓力學(xué)的成就與局限性【情景設(shè)問】閱讀教材,思索:1.主要有哪些物理學(xué)家對牛頓力學(xué)作出了突出的貢獻(xiàn)?2.經(jīng)典力學(xué)的成就有哪些?3.經(jīng)典力學(xué)有哪些局限性?4.歸納牛頓萬有引力定律與愛因斯坦引力理論的主要差異?5.當(dāng)相對論和量子力學(xué)出現(xiàn)后,牛頓力學(xué)是否還有價(jià)值?它的適用條件是什么?[例題展示]【例題】若在速度為8km/s的飛船上有一只完好的手表走過了1min,則地面上的人認(rèn)為它走過這1min“實(shí)際”上花了多少時(shí)間?[課堂練習(xí)]1.19世紀(jì)末和20世紀(jì)初,物理學(xué)的探討深化到,發(fā)覺、、等微觀粒子不僅有,而且有,它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)來說明。

2.對于經(jīng)典力學(xué)理論,下列說法中正確的是()A.經(jīng)典力學(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.經(jīng)典力學(xué)的理論體系是經(jīng)過幾代科學(xué)家長期地探究,歷經(jīng)曲折才建立起來的C.經(jīng)典力學(xué)具有豐富的理論成果,也建立了實(shí)證科學(xué)的方法體系D.當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度很大(v→c)、引力很強(qiáng)、活動(dòng)空間很小(微觀)時(shí),經(jīng)典力學(xué)理論所得的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間偏差不大3.以下說法正確的是()A.在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變更,在狹義相對論中,物體的質(zhì)量也不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變更B.在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動(dòng)速度增大而減小,在狹義相對論中,物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大C.在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量是不變的,在狹義相對論中,物體的質(zhì)量隨物體速度增大而增大D.上述說法都是錯(cuò)誤的4.關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué),下列說法中正確的是()A.不論是對宏觀物體,還是微觀粒子,經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B.量子力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)C.經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D.上述說法都是錯(cuò)誤的5.以下說法正確的是()A.經(jīng)典力學(xué)理論普遍適用,大到天體,小到微觀粒子均適用B.經(jīng)典力學(xué)理論的成立具有肯定的局限性C.在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變更D.相對論與量子力學(xué)否定了經(jīng)典力學(xué)理論參考答案自主預(yù)習(xí)1.慣性相同相同2.(1)>(2)l0<3.低速高速宏觀微觀4.相對論不適用了沒有區(qū)分沒有區(qū)分課堂探究一、肯定論時(shí)空觀【情景設(shè)問】問題1相同肯定時(shí)空觀問題2沖突問題3沒有不同的參考系中,光的傳播速度都是一樣的問題4不同的參考系中,光的傳播速度都是一樣的不同問題5一些物理學(xué)家仍舊堅(jiān)持原有理論的基礎(chǔ)觀念,進(jìn)行一些修補(bǔ)工作。而愛因斯坦、龐加萊等人則主見徹底放棄某些與試驗(yàn)和觀測不符的觀念。問題6愛因斯坦假設(shè):在不同的參考系中,物理規(guī)律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的慣性參考系大小都是相同的。二、相對論時(shí)空觀1.經(jīng)典力學(xué)中參考系不同,位移和時(shí)間的測量結(jié)果不同。2.宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體三、牛頓力學(xué)的成就與局限性1.哥白尼,伽利略,笛卡爾,惠更斯,開普勒等。2.(1)牛頓運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律把天體的運(yùn)動(dòng)與地上物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來,是人類對自然界相識(shí)的第一次大綜合,是人類相識(shí)史上的一次重大飛躍。(2)經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ),在以后的二百多年里幾乎統(tǒng)治了物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。(3)經(jīng)典力學(xué)和以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的天體力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用,并取得了巨大的成就。(4)18世紀(jì)60年頭,力學(xué)和熱力學(xué)的發(fā)展及其與生產(chǎn)的結(jié)合,使機(jī)器和蒸汽機(jī)得到改進(jìn)和推廣,引發(fā)了第一次工業(yè)革命。(5)由牛頓力學(xué)定律導(dǎo)出的動(dòng)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)?；鸺?、人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、宇宙飛船、行星探測器等航天器的放射,都是牛頓力學(xué)規(guī)律的應(yīng)用范例。3.微觀世界里電子、質(zhì)子、中子等具有的粒子性、波動(dòng)性不能用經(jīng)典力學(xué)來說明。4.規(guī)律的適用范圍不同。5.相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn),說明人類對自然界的相識(shí)更加廣泛和深化,而不表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義,它只是使人們相識(shí)到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍:只適用于低速運(yùn)動(dòng),不