第七章 5 相对论时空观与牛顿力学的局限性公开课.docx

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1、5相对论时空观与牛顿力学的局限性学习目标1.了解相对论时空观，知道时间延缓效应和长度收缩效应2认识牛顿力学的成 就、适用范围及局限性3了解科学理论的相对性，体会科学理论是不断开展和完善的.梳理教材夯实基础一、相对论时空观1 . 19世纪，英国物理学家麦克斯玉根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的 传播速度等于光速. 1887年的迈克耳孙一莫雷实验以及其他一些实验说明：在不同的参考系中，光的传播速 度都是一样的!这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系丕符.2 .爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是祖回的；真空中的光速在不 同的惯性参考系中大小都是相同的.3 .时间

2、延缓效应如果相对于地面以。运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的 时间间隔为工，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为加，那么两At者之间的关系是2= 户一.1-（%（2）。与At的关系总有它A工（填或“=）,即物理过程的快慢（时间进程）与运动 状态有关（填“有关”或“无关”）.4 .长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是人 沿着杆的方向，以。相对杆运动的人测得杆长是/,那么两者之间的关系是（）2.（2）/与/o的关系总有0/（）（填“v”或“ = ”），即运动物体的长度（空间距离）跟物体的运 动状态有关（填“无关”或“有关”）.二牛顿力学的成就与局

3、限性.牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律的建立与应用更是确立 了人们对牛顿力学的尊敬.1 .牛顿力学的局限性：牛顿力学的适用范围是低速（填“高速”或“低速”）运动的宏观（填 “宏观”或“微观”）物体.当物体以接近光速运动时，有些规律与牛顿力学的结论不相同.电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明.2 .牛顿力学不会被新的科学成就所否认，当物体的运动速度远小于光速c时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别.。即学即用判断以下说法的正误.运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的子的寿命变长.（V ）沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短.（V

4、）牛顿力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动牛顿力学就无能为力了.（X ） （4）洲际导弹的速度可到达6 000 m/s,在这种高速运动状态下，牛顿力学不适用.（X ） 对于质子、电子的运动情况，牛顿力学同样适用.（X ）探究重点提升素养一、相对论时空观【导学探究】地球绕太阳公转的速度是3义IO,m/s,设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒 子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：在狭义相对论中，地球的公转速度属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度属于 低速还是高速？在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空，隔一段时间飞船

5、返 回地面时，两只钟显示的时间相同吗？有什么差异？答案（1）地球的公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速.（2）不相同，随飞船旅行的时钟变慢.【知识深化】.低速与高速低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物 体皆为低速运动的物体.高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速.1 .相对论的两个效应Ar（1）时间延缓效应：运动的时钟会变慢，即Az=/.尸2（2）长度收缩效应：运动长度会收缩，即/=/（）、/1一卡）2.例如图1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。.5

6、。强强向壮壮发出一束光进行联络，那么壮壮观测到该光速的传播速度为（）（）.9c0.5c强强 光束壮壮图1A. 0.4c B. 0.5c C. 0.9c D. 1.0c答案D解析 根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到的真空中的光速C都一样，而壮壮所 处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为1.0c,选项D正确.例 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.这个人瘦但不高答案D解析取路旁的人为惯性参考系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据长度收缩效应

7、， 人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，应选D.L总结提升-相对于地面以速度V运动的物体，从地面上看：（1）沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短得越多.（2）在垂直于运动方向上不发生长度收缩效应现象.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，办劭，在地面上的人观察到的结果正确的选项是（）A.火箭A上的时钟走得最快B.地面上的时钟走得最快C.火箭3上的时钟走得最快D.火箭5上的时钟走得最慢答案B解析 由一亏知，地面上的人观察到的结果为：A、8两火箭上的时钟都变慢了.又 / vVaVb,那么火箭A上的时钟走得最慢，地面上的时钟走得最快，因此B正确，A、C、D错误. 针对

8、训练话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过 一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，那么该现象的科学解释是（）A.哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B.弟弟思念哥哥而加速生长了C.由相对论可知，物体速度越大，在其上的时间进程就越慢，生理过程也越慢D.这是神话，科学无法解释答案C解析 根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对 生命过程、化学反响等也是成立的.飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈 代谢越缓慢.二、牛顿力学的成就与局限性【导学探究】如图2所示，质子束被加速到接近光速，牛顿力学适用于质子束的

9、运动规律吗？图2答案不适用【知识深化】.牛顿力学的局限性及适用范围牛顿力学适用于低速运动的物体，相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律.（2）牛顿力学适用于宏观世界，量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律.1 .相对论和量子力学没有否认牛顿力学当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别；当另一个重要常数即普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和牛顿力学的结论没有区别.相对论和量子力学并没有否认牛顿力学，牛顿力学是二者在一定条件下的特殊情形. 例以下关于牛顿力学的说法正确的选项是（）A.牛顿力学适用于宏观、低速（远小于光速）运动的物体8 .牛顿力学适用于微观、高速（接近光速）运动的粒子C.相对论和量子力学的出现，说明牛顿力学已被完全否认了D.牛顿力学在理论和实践上取得了巨大的成功，从地面到天体的运动都服从牛顿力学的规 律，因此任何情况下都适用答案A例 经典力学规律有其局限性.物体以以下哪个速度运动时，经典力学规律不适用（）A. 2.5X10-5m/s3.5 X103 m/sB. 2.5 X102 m/s2.5 X108 m/s答案D