7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 导学案-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性导学案 学习目标：　 1.知道爱因斯坦的两个假设的内容(重点)。 2.知道时间延缓效应及长度收缩效应结论的内容(重难点)。 3.认识经典力学的局限性和适用范围。 4.了解相对论、量子力学和经典力学的关系。 一、相对论时空观 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，请思考： (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？ (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？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 梳理与总结： 1．19世纪，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。 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____________！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系________。 3．爱因斯坦假设 (1)在不同的________参考系中，物理规律的形式都是________的。 (2)真空中的________在不同的惯性参考系中大小都是________的。 4．相对论时空观 (1)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完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝________。 ②Δt与Δτ的关系总有Δt____Δτ(选填“>”“<”或“＝”)，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态______(填“有关”或“无关”)。 (2)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＝________________ ____________。 ②l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________(填“无关”或“有关”)。 二、牛顿力学的成就与局限性 如图所示，质子束被加速到接近光速，牛顿力学适用于质子束的运动规律吗？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 梳理与总结： 1．牛顿力学的成就 (1)把天体的运动与地面上物体的运动统一起来，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。 (2)在宏观、低速、弱引力的广阔区域，包括天体力学的研究中，经受了实践检验，取得了巨大成就。 (3)将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支，形成了完整的经典力学体系。 2．牛顿力学的局限性 (1)物体在以接近光速运动时所遵从的规律，有些是与牛顿力学的结论并不相同的。 (2)在微观世界中(尺度在10－10 m以下)，由于物质的存在和运动形式(波粒二象性)较宏观世界，有较大的不同，牛顿力学也不适用。 3．牛顿力学的适用范围 牛顿力学只适用于低速运动，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。 4．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。 思考与讨论： 相对论和量子力学是不是否定了牛顿力学？ 说说你的看法。 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 三、练习巩固： 1.设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，(c为真空中传播的光速)则下列说法正确的是(　　) A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速