第7章 5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习课件PPT（人教版）

5　相对论时空观与牛顿力学的局限性 物理 [定位·学习目标] 1.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、量子力学有助于人类认识高速、微观领域。 2.知道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。 3.了解宇宙起源的大爆炸理论,知道科学真理是相对的,未知世界必将在人类不懈的探索中被揭开更多的谜底。 物理 探究·必备知识 突破·关键能力 提升·核心素养 检测·学习效果 物理 探究·必备知识 知识点一　相对论时空观 探究新知 1.绝对时空观:时间与空间都是独立于物体及其 而存在的,也叫牛顿力学时空观。 2.19世纪,英国物理学家 根据电磁场理论预言了电磁波的存在,并证明电磁波的传播速度 光速c。 3.1887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 。这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系 (选填“相符”或“不符”)。 运动 麦克斯韦 等于 都是一样的 不符 物理 相同 4.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相同的。 (2)Δt与Δτ的关系总有Δt (选填“>”“<”或“=”)Δτ,即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态 (选填“有关”或“无关”)。 > 有关 物理 (2)l与l0的关系总有l (选填“>”“<”或“=”)l0,即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态 (选填“无关”或“有关”)。 < 有关 物理 想想议议 世界上各式各样的钟:砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢,它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法对吗? 答案:对。 物理 知识点二　牛顿力学的成就和局限性 探究新知 1.牛顿力学的成就:从地面上物体的运动到 的运动,从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械,从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动,从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从 的规律。 2.牛顿力学的局限性:牛顿力学对于 的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。 天体 牛顿力学 高速运动 物理 3.量子力学的建立能够很好地描述 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 过去的科学,而只认为过去的科学是自己在一定条件下的 情形。 微观 否定 特殊 物理 想想议议 能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗? 答案:不能。 物理 突破·关键能力 要点一　相对论时空观 情境探究 地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s,设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度。 探究:(1)在狭义相对论中,地球的公转速度属于低速还是高速?被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速? 答案:(1)地球的公转速度属于低速,被加速器加速后的电子的速度属于高速。 (2)在地面上校准的两只钟,一只留在地面上,一只随宇宙飞船遨游太空,隔一段时间飞船返回地面时,两只钟显示的时间相同吗?有什么差别? 答案:(2)不相同,随飞船旅行的时钟变慢。 物理 要点归纳 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。 物理 2.牛顿力学时空观与相对论时空观比较 比较项目 牛顿力学时空观 相对论时空观 同时 绝对性 相对性 长度 绝对性 相对性 光速 可变(遵循经典速度变换规律) 不变 物理规律 - 在不同惯性参考系中其形式相同 物理 典例研习 [例1] 如图所示,假设一根10 cm长的梭镖以接近光速穿过一根10 cm长静止的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是(　 　) A.静止的观察者看到梭镖收缩变短,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖 B.静止的观察者看到梭镖变长,因此在某个位置,梭镖从管子的两端伸出来 C.静止的观察者看到两者的收缩量相等,因此在某个位置,管子仍恰好遮住梭镖 D.如果梭镖和管子都以光速c相向运动,则二者的相对速度是2c A 物理 解析:根据狭义相对论的尺缩效应,如果梭镖相对于观察者运动,那么梭镖收缩变短,而管子长度不变,因此在某个位置,管子能完全遮住梭镖,选项A正确,B、C错误;由光速不变原理,可知物体的速度不会超过光速,故D错误。 物理