7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-2021-2022学年高一物理备课帮导学案（人教版2019必修第二册）

§7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 目标展示 〖教学目标〗 1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围． 2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系． 〖核心素养〗 物理观念：了解相对论-量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。 科学思维：经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义． 科学探究：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的． 科学态度与责任：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神． 〖教学重点与难点〗 重点：了解经典力学的局限性 难点：了解相对论、量子力学与经典力学的关系 预习案 使用说明及学法指导（正确的方法会取得事半功倍的效果！） 1．首先明确“知识必备”中的两个知识点；然后再通读教材，查找资料，完成“教材助读”中的问题； 2．完成时间：20分钟。 知识必备（你准备好了吗？） 1.运动的合成与分解 2.万有引力的理论成就 教材助读（问题引领方向！） 1． 了解时间延缓效应, 长度收缩效应 2． 理解牛顿力学的成就与局限性 预习检测（检测有助于查找存在的问题和不足！） 1.有两个对准的标准钟,一个留在地面上,另一个放在高速飞行的飞船上,则下列说法正确的是 (　　) A.飞船上的人看到飞船内的钟比地面上的钟走得慢 B.地面上的人看到地面上的钟比飞船上的钟走得慢 C.地面上的人看到地面上的钟比飞船上的钟走得快 D.因为是两个对准的标准钟,所以两钟走时快慢相同 2.下列说法中不正确的是 (　　) A.杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,这是经典物理学家的观点 B.由静止的人来测,沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小 C.杆静止时的长度为l0,不管杆如何运动,杆的长度均小于l0 D.如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动,与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了 3.以约8 km/s的速度运行的飞船上，一只完好的手表走过1 h，地面上的时钟显示的时间________(填“大于”“等于”或“小于”)1 h. 4.判一判 (1)运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的μ子的寿命变长.(　　) (2)沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短.(　　) (3)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了.(　　) (4)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用.(　　) (5)当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了.(　　) (6)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用.(　　) 我的疑问（发现问题比解决问题更重要！） 请将预习中未能解决的问题和疑问写下来，待课堂上与老师和同学探究解决。 探究案 质疑探究（质疑解疑，合作探究） 探究点一：相对论时空观 例1.在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动.问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？ 针对训练1：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 针对训练2：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，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 针对训练3：甲、乙两人站在地面上时身高都是L0，甲、乙分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为光速)的飞船同向运动，如图所示。此时乙观察到甲的身高L________L0；若甲向乙挥手，动作时间为t0，乙观察到甲动作时间为t1，则t1________t0。(均选填“＞”“＝”或“＜”) 规律总结（知识提炼，浓缩精华） (1)长度收缩效应：运动长度l会收缩，即l＝l0，在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象. (2)时间延缓效应：运动时钟会变慢，即Δt＝. 探究点二：牛顿力学的成就和局限性 例2.牛顿把天体运动与地上物体的运动统一起来，创立了经典力学。随着近代物理学的发展，科学实验发现了许多经典力学无法解释的事实，关于经典力学的局限性，下列说法正确的是 A．火车提速后，有关速度问题不能用经典力学来处理 B．由于经典力学有局限性，所以一般力学问题都用相对论来解决 C