第7章 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版2019）

第5节　相对论时空观与牛顿力学的局限性 [学习目标]　1.了解相对论时空观，知道时间延缓效应和长度收缩效应(物理观念).2.认识牛顿力学的成就、适用范围及局限性(物理观念).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(物理观念)． 知识点一　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电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速c. 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，光的传播速度都是一样的． 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相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的． 4．时间延缓效应 (1)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＝. (2)Δt与Δτ的关系总有Δt>Δτ(选填“＞”“<”或“＝”)，即物理过程的快慢(时间进程)跟物体的运动状态有关(选填“有关”或“无关”)． 5．长度收缩效应 (1)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. (2)l与l0的关系总有l<l0(选填“＞”“<”或“＝”)，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关(选填“无关”或“有关”)． 知识点二　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(选填“高速”或“低速”)运动的宏观(选填“宏观”或“微观”)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c时，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别． 1．判断下列说法的正误． (1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，此速度在相对论中属于高速．(×) (2)时间间隔和长度在任何时候都不会变．(×) (3)对于高速运动的物体，它的长度随着速度的增大而减小．(√) (4)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的．(√) 2．已知μ子低速运动时的平均寿命是3.0 μs.当μ子以0.99c的速度飞行，若选择μ子为参考系，此时μ子的平均寿命是3.0_μs；对于地面上的观测者来说，平均寿命又是21_μs. 考点一　相对论时空观 【情境导学】 如图所示，高速运行的列车车厢，车顶上有一个反光镜，列车上一个人对着反光镜发射一束光． 思考：列车上的人和地面上的人观察到的光的往返时间是否相同？ 答案 不同． 【知识拓展】 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. 【例题1】 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 思维导引：理解光速不变原理．理解长度收缩效应． 答案　B 解析　由l＝l0知，选项A错误，B正确；由相对论时空观的基本假设知光信号的速度都等于c，选项C、D错误． 【变式1】 (多选)对于公式m＝，下列说法正确的是(　　) A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量 B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用 C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动 D．通常由于物体的运动速度较小，质量的变化无法引起我们的感觉，故在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化 答案　CD 解析　公式中m0是静止时的质量，m是物体以速度v运动时的质量，选项A错误；由公式可知，只有当v接近光速时，物体的质量变化才明显，低速情况下物体的质量变化十分微小，经典力学仍然适用，我们仍可按照经典力学方法去处理问题，选项B错误，C、D正确． 考点二　牛顿力学的成就与局限性 【情