第五章 第—～三节 牛顿力学的成就与局限性 相对论时空观 宇宙起源和演化（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【正禾一本通】同步课堂高效讲义（粤教版2019）

第一节　牛顿力学的成就与局限性 第二节　相对论时空观 第三节　宇宙起源和演化 【核心素养目标】 物理观念 知道爱因斯坦的两个假设。知道时间延缓效应和长度收缩效应。 科学思维 认识爱因斯坦的两个假设，知道牛顿力学的局限性。能用时间延缓效应和长度收缩效应进行简单问题分析。 科学态度与责任 了解人类对宇宙起源的认识，体会人类对自然界不断探索的过程，培养探索自然的意识和决心。 一、牛顿力学的成就与局限性 1．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。 2．牛顿力学的局限性：牛顿力学的适用范围是低速运动的宏观物体。 (1)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。 (2)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。 3．牛顿力学不会被新的科学成就所否定，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。 二、相对论时空观 1．爱因斯坦的两个假设 (1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。 (2)真空中的光速在不同的参考系中大小都是相同的。 2．时间和空间的相对性 (1)时间延缓效应 如果相对于地面以v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Δτ，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Δt，那么两者之间的关系是Δt＝由于物体的速度不可能达到光速，所以1－()2<1，总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。 (2)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－()2<1，所以总有l<l0，此种情况称为长度收缩效应。 学生用书第129页 三、宇宙起源和演化 1．古代宇宙模型 (1)中国的古代：“盖天说”认为“天圆如张盖，地方如棋局”。 (2)地心说：亚里士多德认识到地球是一个球体，其理论经托勒密发展形成了“地心说”。 (3)日心说：1543年，哥白尼提出了“日心说”，把宇宙的中心从地球挪向太阳，是人类宇宙观念的一大飞跃。 2．近现代宇宙模型 (1)广义相对论宇宙模型 由弯曲空间构成，没有边界、没有中心，但在整体上是有限的、静态的宇宙。 (2)动态的宇宙模型 宇宙中的物质从宇观大尺度来说其分布是均匀的，从各个方向看都是一样的，并且随着时间的变化，宇宙在不断膨胀。 哈勃通过观测发现遥远的星系在彼此远离，说明宇宙正在膨胀，这为动态宇宙模型的观点提供了有力的证据。 (3)两种对立的理论 稳恒态宇宙模型和大爆炸理论。 (4)宇宙学的新进展 科学家们观测到的宇宙微波背景辐射，被誉为20世纪60年代的四大发现之一，该发现荣获1978年诺贝尔物理学奖。 天文学家在研究宇宙减速因子时意外发现宇宙在加速膨胀，宇宙主要由暗物质和暗能量组成，该发现荣获2011年诺贝尔物理学奖。 2016年激光干涉引力波天文台科学合作组织宣布探测到引力波，更是打开了宇宙研究的新窗口。 2017年，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”获得高精度的高能电子宇宙线能谱，为暗物质研究提供了新的观测资料。 判断正误 (1)牛顿运动定律适用于任何参考系。(×) (2)绝对时空观认为时间间隔是绝对的。(√) (3)牛顿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)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，这是经典物理学家的观点。(√) (5)“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化。(×) (6)高速运动的飞船中的航天员发现地面的时钟变慢了。(√) 知识点一　牛顿力学的成就与局限性 粒子对撞机可以把质子加速到接近于光速，如图所示。经典力学是否适用于质子的运动规律？如何研究质子的运动规律？ 提示：　不适用。经典力学只适用于宏观低速运动，描述微观高速粒子的运动要用到量子力学。 1．牛顿力学的成就 牛顿力学的基础是牛顿运动定律，在低速、宏观、弱引力的广阔领域，牛顿力学取得了巨大的成就。牛顿力学又称为经典力学。 研究方法 的代表 伽利略的“自然数学法”和牛顿的“归纳演绎法”推动了物理、数学和哲学的发展 学生用书第130页 主要成就 天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用 18世纪60年代，力学和热力学的发展及应用，引发了第一次工业革命 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 2．经典力学的局限性 经典力学只适用于解决宏观物体、低速运动、弱引力情况下的问题，而微观粒子、高速运动及强引力问题，则须用到量子力学和相对论知识。 牛顿时空观也叫绝对时空观，下列关于绝对时空观及牛顿力学的说法，正确的是(　　) A．绝对时空观认为空间和时间是独立于物体