第五章 第一节 第二节 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（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（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 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的． 2．初步了解相对论时空观． 3．关注宇宙起源和演化的研究进展． 1.物理观念：知道爱因斯坦假设，了解时间延缓效应和长度收缩效应． 2．科学思维：会用相对论时空观对现实中一些物理现象加以解释． 3．科学探究：了解时间延缓效应和长度收缩效应的推理过程． 4．科学态度与责任：了解牛顿力学的成就与局限性，体会人类探索自然界的奥秘是不断深入的． [对应学生用书P89] 1．绝对时空观 (1)牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就被称为惯性参考系，而牛顿运动定律不成立的参考系则称为非惯性参考系． (2)时间和空间彼此独立，互不关联，且不受物质或运动的影响． 2．牛顿力学的成就 自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用．所有关于低速宏观物体的运动问题，都服从经典力学的规律． 3．牛顿力学的局限性和适用范围 (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． (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，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别． 1．狭义相对论的基本假设 (1)相对性原理：在所有的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． (2)光速不变原理：在所有的惯性参考系中测得的真空中的光速都相同． 2．时空相对性 (1)同时性的相对性 在一个惯性参考系中同时发生的两个事件，在另一个惯性参考系看来是不同时的，这被称为同时性的相对性． (2)时间延缓 对同一个物理事件，在静止参考系中观测所经历的时间为Δt，在高速运动的参考系中观测所经历的时间为Δt′，则有Δt＝，由于1－＜1，所以总有Δt>Δt′，这种情况称为时间延缓效应． (3)长度收缩 如果与杆相对静止的人测得杆长是l，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′＝l，由于1－＜1，所以总有l＜l0，此种情况称为长度收缩效应． (4)时空弯曲 光线经过大质量天体附近时发生偏转，这说明整个空间不再是平直的，而变成弯曲的了． 1．古代宇宙模型 古代有代表性的宇宙模型有“盖天说”、“地心说”、“日心说”． 2．近现代宇宙模型 大爆炸理论是目前描述宇宙起源和演化最好的理论． 3．宇宙学的新进展 20世纪后半叶至今，科学家观测到宇宙微波背景辐射，发现宇宙加速膨胀；宇宙主要由暗物质、暗能量组成，探测到引力波． [判断] (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．(√) (6)地面上的人认为两个事件同时发生，而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认为．(√) [对应学生用书P90] 探究点一　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． 从地面上物体的运动到天体的运动，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、人造卫星、宇宙飞船 ……所有这些都服从牛顿力学的规律．牛顿力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力． 2．牛顿力学的局限性 (1)只适用于低速运动，不适用于高速运动．宏观物体运动的速度远小于光速，由牛顿力学得到的结果足够准确．对于高速运动(v→c)需要用爱因斯坦的相对论． (2)只适用于宏观世界，不适用于微观世界．微观领域(活动范围10－10 m以内)的微观粒子(如质子、中子、电子等)的运动，牛顿力学不适用，需要应用量子力学． (3)只适用于弱力情况，不适用于强引力情况．对于强引力情况，如在密度很大的中子星附近，需要应用爱因斯坦引力理论，而不能应用牛顿引力理论． 关于经典力学的适用范围和局限性，下列说法正确的是(　　) A．经典力学过时了，应该被量子力学所取代 B．由于超音速飞机的速度太大，其运动不能用经典力学来解释 C．人造卫星的运动不适合用经典力学来描述 D．当物体速度接近光速时，其运动规律不适合用经典力学来描述 D　[经典力学在低速宏观物理过程中适用，量子力学不可替代经