7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性-【帮课堂】2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教2019必修第二册 ）

第七章 万有引力与宇宙航行 第5课 相对论时空观与牛顿力学的局限性 目标导航 课程标准 核心素养 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发展和完善的． 1、物理观念：相对论时空观。 2、科学思维：时间延缓效应，长度收缩效应。 3、科学探究：爱因斯坦的假设。 4、科学态度与责任：牛顿力学的成就与局限性。 知识精讲 知识点01 相对论时空观 1．19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了 的存在，并证明电磁波的传播速度等于 ． 2．1887 年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是 的． 3．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 的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是 的． 4．时间延缓效应：完成同一动作，在惯性参考系上的时间间隔Δτ和在地面上的人的时间间隔Δt之间的关系是Δt＝. 由于1－<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应． 5．长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l＝l0. 由于1－<1，所以总有l<l0，此种情况称为长度收缩效应． 6．相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关． 【即学即练1】A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA＞vB，在地面上的人观察到的结果正确的是(　　) 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B上的时钟走得最快 D．火箭B上的时钟走得最慢 知识点02 牛顿力学的成就与局限性 1．电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律． 2．经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界． 【即学即练2】一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是(　　) A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 能力拓展 考法01 相对论时空观 1．低速与高速 (1)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． (2)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． 2．相对论的两个效应 (1)时间延缓效应：运动的时钟会变慢，即Δt＝. (2)长度收缩效应：运动长度会收缩，即l＝l0. 【典例1】两个惯性系S和S′，沿x(x′)轴方向做匀速相对运动．设S′在系中某点先后发生两个事件，用静止于该系的钟测出两事件的时间间隔为τ0, 而用固定在S系的钟测出这两个事件的时间间隔为τ.又在S′系x′轴上放置一静止于该系长度为l0的细杆，从S系测得此杆的长度为l，则判断τ与τ0，l与l0的大小关系． 考法02 牛顿力学的成就与局限性 1．牛顿力学的局限性及适用范围 (1)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． 2．相对论和量子力学没有否定牛顿力学 (1)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； (2)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． (3)相对论和量子力学并没有否定牛顿力学，牛顿力学是二者在一定条件下的特殊情形． 【典例2】关于经典力学，下列说法中正确的是(　　) A．相对论与量子力学否定了经典力学理论 B．经典力学可以解决自然界中所有的问题 C．经典力学适用于微观领域质子、电子的运动 D．经典力学适用于发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动 分层提分 题组A 基础过关练 1．关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是（　　） A．相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论 B．在物体高速运动时，相对论适用于物体的运动规律；在物体低速运动时，牛顿运动定律适用于物体的运动规律 C．牛顿力学适用于宏观物体的运动，也适用于微观粒子的运动 D．不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的 2．爱因斯坦在物理学中的重要贡献有（　　） A．发现万有引力定律 B．建立狭义相对论 C．首次测定元电荷的