第七章 5. 相对论时空观与牛顿力学的局限性-【重难点手册】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版）

重避台手细高中物理必修第二册) 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性 重点和难点 课标要求 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、量子论有助于人类认识高速、微观 重点：了解相对论时空观和牛顿力学 领域 的成就与局限性 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 难点：牛顿力学时空观与相对论时空 隔相对性的表达式 观的主要区别 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。 ]01一必备知识梳理， 基础棉理 知识点1相对论时空观 1.牛顿力学时空观（绝对时空观）：时间与空间都是独立于物 P拓视野 体及其运动而存在的， 对爱因斯坦假设的进一步理解 2.狭义相对论的两个基本假设（爱因斯坦提出）】 1,第一条假设是对牛频 (1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，这个 力学相对性原理的推广，不论 在哪一个惯性系中做实验，都 假设通常称为狭义相对性原理. 不能确定该惯性系的绝对运 (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，这个 动.绝对运动的描述只有相对 假设叫光速不变原理。 意义，绝对静止的参考系是不 3.时间延缓效应 存在的. 假设两个事件发生在某一运动系统中，△1是在地面上的观察 2.第二条假设实际上是 者测得的时间，△x是在运动系统中的观察者所测得的时间，则有 对实际结果的总结，它表明在 任何惯性系中测得的真空中 △1 △x 显然△1>△x,也就是说，运动系统中的时间进 的光速都相等，说明光速与观 1-() 察者及光源的运动状态无关。 程变慢了，此种情况称为时间延缓效应： 3.爱因斯坦理论带来了 4.长度收缩效应 观念上的变革 假设杆沿自身长度方向随某一运动系统一起运动，1是在地 牛顿力学：时问、长度、质 量、作用力的测量均与参考系 面上的观察者测得的杆的长度，。是在运动系统中的观察者所测 无关 得的杆的长度，则有=61-(.由于1-()<1，所以总 狭义相对论：时间、长度、 质量的测量具有相对性，与参 有<。，也就是说，运动系统中的长度变短了，此种情况称为长度 考系有关。 162 第七章万有引力与宇审航行《9 收缩效应 5.相对论时空观：空间距离和时间进程都跟物体的运动状态 有关。 例①(2023·江西南昌新建一中月考)若一列火车以接近光 速的速度在高速行驶，车上的人用望远镜来观察地面上的一只排 球，其观察的结果是( A.像一只乒乓球（体积变小）B.像一只篮球（体积变大） C.像一只橄榄球（竖直放置）D.像一只橄榄球（水平放置） 解析根据狭义相对论，以观察者为参照系，则排球以接近光 速的速度反向运动，由长度收缩效应可知，观察者测得排球水平 宽度变短，竖直长度不变，因此观察的结果是像一只竖直放置的 橄榄球。 答案C 知识点2牛顿力学的成就与局限性 1.牛顿力学的成就 牛顿力学是指以牛顿三大定律为核心的矢量力学，有时也泛 指描述宏观低速物体机械运动的经典力学体系.其主要成就有如 下几个方面： (1)牛顿力学把天体和地面上物体的运动统一起来，从力学 上证明了自然界多样性的统一，实现了人类对自然界认识的第一 冒敲黑板 次理论大综合。 通常所见的物体的运动 (2)在研究方法上，人们把牛顿力学中行之有效的实验和数 皆为低速运动，如汽车、导弹、 学相结合的方法推广到物理学的各个分支学科上，相继建立了热 人造卫星及宇宙飞船的运动 学、声学、光学、电磁学等，从而构建了完整的经典物理学体系 等，有些微观粒子在一定条件 (3)牛顿力学与其他基础科学相结合产生了一些交叉性的分 下的速度可以与光速相接近， 支学科，最早的是与天文学结合产生的天体力学，成为现代高度 这样的速度称为高速， 发达的航空航天技术的理论基础，没有牛顿力学也就没有今天的 空间物理科学 2.牛顿力学的局限性 (1)牛顿力学的适用范围：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：只适用于弱引力情 况，不适用于强引力情况 163 重避台手细高中物理必修第二册尺) (2)对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因 斯坦的相对论.当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对 论与牛顿力学的结论没有区别。 (3)对于微观世界，需要应用量子力学，当普朗克常量可以忽 略不计时，量子力学和牛顿力学的结论没有区别. (4)对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论，当天体的 实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引 力理论计算出的力的差异并不是很大 例②(2023·黑龙江哈尔滨高一期末)物理学史上许多物理 学家的科学研究推动了人类文明的进程，关于相对论时空观与牛 顿力学的局限性，下列说法正确的是().