高中物理 5.1经典力学的成就与局限性、5.2经典时空观与相对论时空观课件 粤教版必修2.ppt

2020 2 10 第5章经典力学与物理学革命 2020 2 10 第一节经典力学的成就与局限性第二节经典时空观与相对论时空观 2020 2 10 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 第一节经典力学的成就与局限性第二节经典时空观与相对论时空观 课标定位 2020 2 10 课标定位学习目标 1 了解经典力学的成就和局限性 2 知道经典力学时空观的有关内容 3 知道狭义相对论的两个假设和有关结论 4 能用狭义相对论的有关原理简要分析有关现象 重点难点 狭义相对论的两个假设 2020 2 10 课前自主学案 一 经典力学的发展历程1 伽利略之前人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或融合在哲学之内 物理学就整体而言还没有成为独立的科学 在这个阶段作出突出贡献的是阿基米德 2020 2 10 2 从伽利略到牛顿这一阶段是经典力学从基本定律到建成理论体系的阶段 为经典力学打下重要基础的物理学家有 1 伽利略 发现了惯性定律 落体定律和力学相对性原理 奠定了动力学的基础 2 笛卡儿 在伽利略研究的基础上 第一次比较完整地表述了惯性定律 并强调了伽利略没有明确表述的惯性运动的直线性 2020 2 10 3 惠更斯 全面细致地解决了完全弹性碰撞问题 4 开普勒 发现了行星运动定律 5 牛顿 在前人研究的基础上 采用了 与 与 的方法 总结出一套普遍适用的力学运动规律 牛顿运动定律和 建立了完整的经典力学 也称牛顿力学或古典力学 体系 物理学从此成为一门成熟的自然科学 归纳 演绎 综合 分析 万有引力定律 2020 2 10 3 牛顿之后这一阶段主要是后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善 1 19世纪 经典力学的发展表现为一些科学家在不改变 的条件下 用新的 更简洁的形式重新表述了牛顿运动定律 形成了分析力学 2 经典力学由单个质点推广到 构成的系统 首先建立了刚体力学 随后又出现了弹性力学 塑性力学 流体力学等 实质 多质点 2020 2 10 二 经典力学的伟大成就1 经典力学把 和地上物体的运动统一起来 从力学上证明了自然界的多样性的统一 实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合 2 在研究方法上 人们把经典力学中行之有效的 相结合的方法推广到物理学的各个分支学科上 相继建立了热学 声学 光学 电磁学等 从而形成了完整的经典物理学体系 天上物体 实验和数学 2020 2 10 3 经典力学与其他基础科学相结合产生了一些交叉性的分支学科 最早的是与天文学结合产生的 成为现代高度发达的航空航天技术的理论基础 没有经典力学也就没有今天的空间科学 4 20世纪以来 出现了更多的与经典力学相结合的交叉学科 天体力学 2020 2 10 思考感悟经典力学的建立 把人类对整个自然界的认识推进到一个新的水平 那么 经典力学对人们的思想观念和近代自然科学的发展产生了怎样的影响 对科学技术的发展和社会文明的进步起了怎样的作用 提示 深刻而广泛的影响很大的促进作用 2020 2 10 三 经典力学的局限性和适用范围1 局限性 1 经典力学的应用受到物体 的限制 当物体的速率接近 时经典力学不再成立 2 牛顿运动定律不适用于 领域中物质结构和能量不连续的现象 2 适用范围经典力学只适用于 运动的 物体 运动速率 光速 微观 低速 宏观 2020 2 10 四 经典时空观1 惯性系与非惯性系定义 牛顿运动定律成立的参考系 称为惯性参考系 简称惯性系 牛顿运动定律不成立的参考系 称为非惯性系 2 伽利略的相对性原理概述 对于所有的惯性系 力学规律是 或者说一切惯性系都是 相同的 等效的 2020 2 10 3 经典力学的时空观 1 概述 绝对的真实的数学时间 就其本质而言 是永远均匀地流逝 与任何外界无关 绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的 它从不运动 并且永远不变 这就是经典力学的时空观 也称为绝对时空观 2 几个具体结论 的绝对性 间隔的绝对性 的绝对性 同时 时间 空间距离 2020 2 10 五 相对论时空观1 狭义相对论的两个假设 1 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都相同 原理 2 不管在哪个惯性系中 测得的真空中的光速都相同 原理 这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设 这两个假设就是狭义相对论的基础 相对性 光速不变 2020 2 10 2 狭义相对论的几个结论 1 同时 的 2 运动的时钟 3 运动的尺子 4 物体质量随速度的增加而 相对性 变慢 缩短 增大 2020 2 10 核心要点突破 一 经典力学的局限性和适用范围1 经典力学的应用受到物体运动速率的限制 当物体运动的速率接近于真空中的光速时 经典力学的许多观念将发生重大变化 2 牛顿运动定律不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象 19世纪和20世纪之交 物理学的三大发现 即x射线的发现 电子的发现和放射性的发现 使物理学的研究由宏观领域进入微观领域 特别是20世纪初 量子力学的建立 出现了与经典力学不同的新观念 2020 2 10 特别提醒 1 宏观世界粒子的运动特点 粒子具有确定的运动轨迹 根据质点的运动规律 应用牛顿力学可以准确预测质点在某时刻的位置 2 微观世界粒子的运动特点 就单个粒子而言 运动没有确定的运动轨迹 微观粒子既有粒子性 又有波动性 2020 2 10 2020 2 10 解析 选a 人们对客观世界的认识要受到所处时代的客观条件和科学水平的制约 所以形成的看法也都具有一定的局限性 人们只有不断扩展自己的认识 才能掌握更广阔领域的不同事物的本质与规律 新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定 只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形 2020 2 10 二 经典时空观与相对论时空观1 经典力学的时空观 1 空间是绝对静止不动的 即绝对空间 时间是绝对不变的 即绝对时间 2 空间和时间跟任何外界物质的存在及其运动情况无关 3 空间是三维欧几里得空间 时间是一维的 空间和时间彼此独立 2020 2 10 2 狭义相对论的几个结论 1 同时 的相对性对于光速不变的原理的证明 首先对 同时 这个概念进行了研究 在一个惯性系中同时发生两个事件 在另一个惯性系中可能是不同时的 即 同时 是相对的 2020 2 10 2 运动的时钟变慢 钟慢效应 时钟相对于观察者运动时 观察者会看到它变慢了 运动速度越快 效果越明显 即运动的时钟变慢 在运动参考系中的时间节奏变缓慢了 一切物理过程 化学过程乃至观察者自己的生命节奏均变慢了 日常生活中的时间延缓效应可以忽略 在运动速度接近光速时 则变得特别重要 2020 2 10 3 运动的尺子缩短 尺缩效应 一根沿自身长度方向运动的杆 其长度总比杆静止时的长度小 而在垂直于运动方向上 杆的长度没有变化 4 物体的质量随速度的增加而增大物体运动时的质量比静止时的质量大 且速度越大 质量越大 当速度接近光速时 质量趋于无穷大 2020 2 10 特别提醒 相对论的研究对象是超越我们日常经验的高速运动世界和广阔的宇宙 这是我们难以理解相对论的主要原因 当速度很大时 长度和时间都跟着变化了 这时对宇宙的看法也必然要变化 长度和时间与物质是紧密相关的 是不能离开物质而独立存在的 2020 2 10 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 单选 如图5 1 1所示 世界上有各式各样的钟 砂钟 电钟 机械钟 光钟 生物钟 既然运动可以使某一种钟变慢 它一定会使所有的钟都一样变慢 这种说法是 图5 1 1 2020 2 10 a 对的 对各种钟的影响必须相同b 不对 不一定对所有钟的影响都一样c 光钟受影响最大d 生物钟不受影响 2020 2 10 解析 选a 将不同类型的两架钟调整到速度相同 并将它们密封在一个盒子中 再让该盒子以匀速运动 如果运动对一架钟的影响比另一架大 则坐在盒子里的人就能看到两架钟的差别 因而可以知道盒子是在运动 显然这违反了相对论的基本原理 一个密闭在盒子中的人是无法辨认自己是处于静止状态 还是匀速运动状态的 所以一架钟变慢时 所有钟必定都变慢 且变慢的程度一定严格相同 正确答案选a 2020 2 10 课堂互动讲练 双选 19世纪和20世纪之交 经典物理学已达到了完整 成熟的阶段 但 在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的 令人不安的乌云 人们发现了经典物理学也有无法解释的实验事实 两朵乌云 是指 a 宏观问题b 高速问题c 微观问题d 低速问题 2020 2 10 精讲精析 由伽利略和牛顿创立的经典力学及物理学的各个分支 在19世纪相继进入鼎盛时期 它的完美和威力使物理学家深信 天地四方 古往今来的一切现象都能够用经典力学来描述 但是当人们用经典力学来解释原子内部结构的微观世界和接近光速的高速运动的物体时 发现与实际情况有很大的出入 这令许多物理学家感到困惑 成为 令人不安的乌云 故选项b c正确 答案 bc 2020 2 10 单选 2010年高考北京卷 属于狭义相对论基本假设的是 在不同的惯性系中 a 真空中光速不变b 时间间隔具有相对性c 物体的质量不变d 物体的能量与质量成正比 2020 2 10 精讲精析 狭义相对论的基本假设有 1 狭义相对论的相对性原理 一切彼此做匀速直线运动的惯性参考系 对于描写运动的一切规律来说都是等价的 2 光速不变原理 对任一惯性参考系 真空中的光速都相等 所以只有a项正确 答案 a 2020 2 10 单选 在日常生活中 我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化 其原因是 a 运动中的物体无法称量质量b 物体的速度远小于光速 质量变化极小c 物体的质量太小d 物体的质量不随速度的变化而变化 2020 2 10 精