第七章 5.相对论时空观与牛顿力学的局限性-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

5.相对论时空观与牛顿力学的局限性 　　　　第七章 万有引力与宇宙航行 学科 知识 1.绝对时空观 2.相对论时空观 3.牛顿力学的成就与局限性 学科 能力 1.理解相对论的两个基本假设 2.知道时间延缓效应和长度缩短效应 3.认识牛顿力学的局限性和使用范围 4.理解牛顿力学与相对论和量子力学 学科 素养 1.物理观念：形成初步的相对论时空观，了解长度的收缩效应和时间的延缓效应 2.科学思维：能对长度的收缩效应和时间的延缓效应问题进行分析 3.科学探究：查阅相对论时空观的验证资料，体会人类对自然地探究是不断深入的 4.科学态度与责任：有学习和研究时间延缓效应和长度收缩效应的内在动机，研究中坚持实事求是，在探究合作中既能坚持观点又能修正错误 学习目标 知识点二　牛顿力学的成就与局限性 知识点一　相对论时空观 随堂演练 课时精练 内 容 索 引 知识点一　相对论时空观 索引 日常生活中我们并没有发现物体的长度随着运动速度发生变化，假设物体以接近光速的速度运动，你认为它的长度变化吗？ 提示：根据相对论时空观，物体沿着运动方向上的长度会变短。 情境导学 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______的。 (2)真空中的光速在不同的参考系中大小都是______的。 基础梳理 相同 相同 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__________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__________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_________。 (2)长度收缩效应 如果与杆_________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＝__________，由于1－( )2<1，所以总有l<l0，此种情况称为长度__________。 3．相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的__________有关。 惯性参考系 同一地点 延缓效应 相对静止 收缩效应 运动状态 1．一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。( ) 2．一根杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0。( ) 3．“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化。( ) 4．长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变。( ) 5．高速运动的飞船中的航天员发现地面的时钟变慢了。( ) 判断正误 √ × × √ √ 1．时间延缓效应的理论依据是光速不变原理。时间延缓效应是时空的一种属性，在运动参考系中的时间节奏变缓慢了。 2．日常生活中的时间延缓效应可以忽略，但在运动速度接近光速时，其影响比较大。 3．同一物体的长度在不同的参考系内测量，会得到不同的结果，并且速度v越大，长度收缩得越多。 4．对于低速运动的物体，相对论效应可以忽略不计，一般用经典力学规律来处理；对于高速运动问题，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理。 核心归纳 　　如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB<vC，对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是 A．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢 C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快 例1 √ 根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，时钟C的速度最大，时钟C走得最慢，C正确，A、B、D错误。 　　一枚静止时长度为30 m的火箭以1.5×108 m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3×108 m/s，观察者测得火箭的长度约为 A．30 m B．15 m C．34 m D．26 m 例2 √ 针对练1.A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA>vB，在地面上的人观察到的结果正确的是 A．火箭A上的时钟走得最快 B．地面上的时钟走得最快 C．火箭B上的时钟走得最快 D．火箭B上的时钟走得最慢 √ 由Δt＝ 知，地面上的人观察到的结果为：A、B两火箭上的时钟 都变慢了，又vA>vB，则火箭A上的时钟走得最慢，地面上的时钟走得最快，因此B正确，A、C、D错误。 针对练2.(多选)一枚火箭静止于地面时长为30 m，两个完全相同的时钟分别放在火箭内和地面上。若火箭以速度v＝0.5c飞行，光速为c，下列判断正确的是 A．火箭上的观察者测得火箭的长度仍为30 m B．地面上的观察者测得火箭的长度仍为