2022-2023学年教科版必修第二册 第五章1.经典力学的成就与局限性 2.相对论时空观简介 学案.docx

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1、第五章经典力学的局限性与相对论初步1 .经典力学的成就与局限性2 .相对论时空观简介【课标定向】.知道牛顿力学的局限性,体会人类对自然界的探索是不断深入的。1 .初步了解相对论时空观。2 .关注宇宙起源和演化的研究进展。【素养导引】.知道牛顿力学的发展历程、适用范围及局限性;知道爰因斯坦狭义相对论的基本假设。（物理观念）.知道时间延缓效应和长度收缩效应的内容及表达式，会分析相关现象，进行相关 较简单的计算。（科学思维）1 .了解宇宙起源的大爆炸理论，科学真理都是相对的,未知世界必将在人类的不懈 探索中被揭开更多谜底。（科学态度与责任）/掌握必备知识一、经典力学的成就和局限性.牛顿力学的成就 牛

2、顿力学把宇宙中的天体和地面上的辘的运动统一起来，从力学上证明了自 然界多样性的统一，实现了人类对自然界认识的第一次理迨曲贪。（2）牛顿力学在科学技术发展和社会经济建设中一直起着重要作用才隹动着航空、 航天、舰船、车辆、机械、土木、水利和能源等各行各业不断进步，促进着社会 不断发展。1 .牛顿力学的局限性 经典力学有它的适用范围:只适用于低速运动，不适用于高速运动;只适用于武 观世界，不适用于微观世界。对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爰因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空史的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 对于微观世界,需要应用量子力学。当普朗克常量可以忽略

3、不计时，量子力学和 经典力学的结论没有区别。思考相对论和量子力学的诞生是不是否定了牛顿力学？提示:并没有否定牛顿力学，而是将牛顿力学看成是现代理论在一定条件下的特 殊情形。二、狭义相对论L同时的相对性所谓“同时是相对的”，是指相隔一定距离发生的两件事，在一个参考系中观测是同 时发生的,在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测就可能不是同时，而是 一先一后发生的。但在经典力学中时间的测量与参考系无关，即同时是绝对的。2 .运动时钟变慢如果相对于地面以速率u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TOo地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个 动作的时间间隔为工,那

4、么两者之间的关系L J。由于1-茴21,所以总有介私此种情况称为回鲍睡也称为“动钟变慢”。3 .长度的相对性如果与杆相对静止的人测得杆长是/o,沿着杆的方向，以速率相对杆运动的人测得杆长是/,那么两者之间的关系是/ =由于1引）21，所以总有11。，这一现象常通俗地称为“动尺收缩工4 .相对论质量和能量质能方程氏起，其中c是光在真空中的速率。质量和物体的运动速率V的关系所告，此式中如是v=0时物体的质量，称为静质量，它是不变的量。5 .相对论时空观同一段时间或长度在不同的惯性系内测得的结果是不一样的。时间和空间的量度是与物体的运动有关的，是蒯的。思考相对论时空观的提出有什么重要意义？提示:相对

5、论时空观的提出极大地解放了人类的思想，对现代物理学的诞生和发 展都起到了不可或缺的作用。走进生活如图所示，假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出一个 闪光，照到了车厢的前壁和后壁。请判断.对车厢内相对车厢静止的观察者看来，闪光同时到达前后壁。（Y）.对车下的观察者看来，闪光先到达后壁,后到达前壁。（4 ）.以上两人的看法必然有一个是错误的。（x ）形成关键能力一、对相对论时空观的理解情境如图所示，假设一宇宙飞船以0.5c的高速沿直线匀速飞行,某时刻飞船向其运动 方向发射一束激光。交流讨论在飞船上的观察者看来，这束激光的速度是多少？（2）在地面上的观察者看来,这束激光的速度又是

6、多少？提示：（1）由爰因斯坦的光速不变原理知，在飞船上的观察者看来，这束激光的速度是c0同理可知，在地面上的观察者看来,这束激光的速度仍是CO.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 局)速。提醒：(1)这里的“低速”与“高速”是与真空中光速相比较而言的，和我们平时说的 低速、高速含义不同。由于宏观物体的速度很难达到接近光速的程度，因此平时宏观物体在运动中的 相对论效应不明显。1 .相对论时空观与经典力学的比较项目“同时”的相对性时间间隔的相对性长度的相对性

7、经典力学 如果两个事件在一个参考 系中是同时的，在另一个参 考系中一定也是同时的 某两个事件,在不同的惯性 参考系中观察，它们的时间 间隔总是相同的一根杆的长度不会因为观 察者是否与杆做相对运动 而不同相对论时空观在一个参考系中不同地点同 时发生的两个事件，在另一个 参考系中不一定是同时的 某两个事件，在不同的惯性参 考系中观察，它们的时间间隔 是不相同的“长度”也具有相对性,一根沿 自身长度方向运动的杆，其长 度总比静止时的长度小提醒:(1)在爰因斯坦的“长度收缩效应”中，只有当观察者沿杆方向有相对运动时, 杆的长度才会变短,当观察者沿垂直于杆的方向有相对运动时，杆的长度不变。相对论时空观并

8、没有完全否定经典物理学,只是把其纳入自身理论体系中的一 种特殊情形。【典例1有兄弟两个,哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速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，则该现象的 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【解析】选C。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、化学反应等也是成立的。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。规律方法爰因斯坦狭义相对论

9、的两个主要效应时间延缓效应:也叫钟慢效应，即运动的时钟会变慢。公式长度收缩效应:也叫尺缩效应，即运动的尺子会缩短。公式：/=/0 J-*变式训练g1.假设一列车以0.3c的高速通过洞口为圆形的隧道,列车上的司机对隧道的观察结果为（）A.洞口为椭圆形，长度变短B.洞口为圆形、长度不变C.洞口为椭圆形、长度不变D.洞口为圆形，长度变短【解析】选D。根据尺缩效应，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，所 以高速列车通过洞口为圆形的隧道时,列车上的司机仍然会观察到圆形的洞口, 但是观察到的隧道的长度变短，故选D。2.（多选）在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到 的现象正确

10、的是（）A.地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B.地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C.火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D.火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了【解析】选B、C、D。因为1=1。1 -琦2和【解析】选B、C、D。因为1=1。1 -琦2和【解析】选B、C、D。因为1=1。1 -琦2和T=2,可知lT0o因此，在地面上的人看来，火箭的长度变短了，它所经历的时间比在火箭中直接观察到的时 间变长了，即时间进程变慢了，火箭速度越大，观察到的火箭的长度越短，所经历的 过程时间越长;火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化;同样,火

11、箭上的人看地面上的物体长度也是变短，时间进程变慢了,故选项B、C、D正确。 二、牛顿力学的局限性情境情境情境探究如图所示为位于瑞士和法国边境的长达27千米的大型强子对撞机。这是一种能 把质子加速到接近光速的设备。交流讨论此时质子的运动规律还能用牛顿力学去研究吗？此时质子的运动规律该用什么理论去研究呢？提示:（1）由于此时质子的速度已接近光速,牛顿力学已不适用。此时质子的运动规律需用量子力学的理论去研究。经典力学与相对论、量子力学的比较区别联系经典力学适用于低速运动的物体;相对论是爰因斯坦假设阐述物体在以接 近光速运动时所遵循的规律经典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当

12、另M 重要常量即噌朗克常量何以忽略不计时,量子力学和经典力学 的结论没有区别相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的 特殊情形典题【典例2（多选）关于经典力学、相对论和量子力学，下面说法正确的是（）A.相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论B.在物体高速运动时,物体的运动服从相对论理论，在低速运动时,物体的运动服 从牛顿运动定律C.经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D.不论是宏观物体,还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的【解析】选B、C。相对论并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论理论 在一定条件下的特殊情况,A错误;经典力学

13、适用于宏观物体的低速运动,对于微 观粒子的高速运动问题，经典力学不再适用，但相对论、量子力学适用，故B、C正 确,D错误。变式训（2022.泸州高一检测）经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典 力学不再适用的是（）3 m/sB.2.9xl0 m/s4 m/s8 m/s【解析】选D。经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，对微观、高速（接近光 速）运动的物体不再适用，故A、B、C错误,D正确。【拓展例题】考查内容:光速不变原理【典例】（多选）设某人在以速度为0.1c的飞船上向目标飞行，从飞船上向目标方 向发射一个光信号，则（）A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.1cB.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.9cC.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速为cD.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是。【解析】选C、D。由爱因斯坦的狭义相对论可得至慎空中的光速在不同的惯性 系中都是相同的,故选项C、D正确。关闭Word文档返回原板块