7.5相对论时空观与牛顿力学局限性-【堂堂清】2022-2023学年高一物理同步易混易错（人教版2019必修第二册）

第七章 万有引力与宇宙航行 第五节 相对论时空观与牛顿力学局限性 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 了解经典力学的发展历程和伟大成就，认识经典力学的局限性和适用范围。 科学思维 知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。 科学探究 探究爱因斯坦狭义相对论的基本假设，知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。 科学态度与责任 感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾，知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。 知识点一　 经典力学的巨大成就 1.经典力学 经典力学通常叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律。 2.经典力学的巨大成就 (1)把天体的运动与地上物体的运动统一起来。 (2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用。 (3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命。 (4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础。 (5)相对论和量子力学的形成都受到经典力学的影响。 知识点二 经典力学方法论的意义 1.两种典型研究方法 (1)伽利略：“自然数学化”的方法，开创了将实验、逻辑(数学)相结合的方法。 (2)牛顿：归纳—演绎法，大量运用数学方法系统地整理物理学理论的方法.其演绎的结果必须通过实验验证。 2.意义 伽利略和牛顿的科学方法是经典力学方法的典型，影响深远，并不断得到发展和完善，逐渐成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义很大。 知识点三 经典力学的局限性和适用范围 1.经典力学的局限性和适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用。 2.经典力学的局限性 (1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化。 (2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象。 (3)量子力学的建立能够很好地描述微观运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。 (4)相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。 知识点四 经典时空观与相对论时空观 1.经典时空观 (1)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变。 (2)惯性系与非惯性系： ①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系。 ②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系。 (3)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等价的。 (4)经典时空观的几个具体结论： ①同时的绝对性； ②时间间隔的绝对性； ③空间距离的绝对性； ④物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关。 2.相对论时空观 (1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾。 (2)狭义相对论的两条基本假设： ①相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 ②光速不变原理：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动无关。 (3)相对论时空观 ①同时的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的。 ②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢，运动速度越快，效果越明显，Δt＝。 ③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短，l＝l0。 ④物体质量随速度的增加而增大，m＝。 易错易混点1.经典力学与相对论的区别与联系 易混易错点辨析： 1.区别： 比较项 经典力学 相对论 形成时期 物理学形成的初期阶段，受历史发展限制，理论较肤浅、片面 形成于物理学充分发展的现代，理论较完善、科学 适用范围 低速运动，宏观世界，弱引力作用 任何情况都适用 速度对质量的影响 物体的质量不随其速度的变化而变化 物体的质量随其速度的增加而增大 速度的合成 时间与空间互不相干 速度与位移、时间的测量有关 2.联系： (1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 (2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形。 例1.下列说法正确的是(　　) A.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变 B.狭义相对论和