粤教版必修2 第五章 12 经典力学的成就与局限性　经典时空观与相对论时空观 学案.docx

学案1经典力学的成就与局限性学案2经典时空观与相对论时空观学习目标定位 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.2.知道经典力学的局限性和适用范围.3.了解经典时空观及其基本推论.4.了解狭义相对论的理论基础与相对论时空观的几个推论一、经典力学的成就与局限性1经典力学的伟大成就(1)经典力学把天上物体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)使人们认识到了以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论的基本特征(3)建立了以实验和数学相结合的研究方法推动了其他学科的发展，与其他学科相结合产生了一些交叉性的分支学科2经典力学的局限性(1)经典力学不适用于研究高速运动(接近光速)的物体(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象二、经典时空观1惯性系与非惯性系：(1)惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系(2)非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系2伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的3经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变4经典时空观的几个具体结论：(1)同时的绝对性；(2)时间间隔的绝对性；(3)空间距离的绝对性；(4)物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关三、相对论时空观1光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾2狭义相对论的两条基本假设：(1)相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的(2)光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同3相对论时空观(1)“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的(2)运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢运动速度越快，效果越明显(3)运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短(4)物体质量随速度的增加而增大一、经典力学的发展历程及其伟大成就1经典力学通常指以牛顿三大定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述低速、宏观物体机械运动的经典力学体系2力学发展的三个阶段(1)第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还没有成为独立的科学(2)第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有许多的科学家为经典力学打下重要基础如伽利略、笛卡儿对惯性的研究，惠更斯对碰撞问题的研究，开普勒对天体运动的研究等(3)第三阶段是牛顿之后经典力学的新发展，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(4)经典力学金字塔的建立(如图1所示)图13经典力学的伟大成就(1)经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，是科学形态上的重要变革(2)经典力学把天上物体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(3)将实验和数学相结合的方法推广到物理学的各个分支学科上，形成了完整的经典力学体系二、经典力学的局限性和适用范围1适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用2局限性(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动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)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象三、经典时空观与相对论时空观的不同之处经典时空观相对论时空观运动情况同一运动对不同参考系描述结果不同，即速度不同光在一切惯性参考系中传向各个方向的速度不变时间与空间的关系时间均匀流逝，空间不变化，与运动情况及外部条件无关时间、空间都随运动情况而改变向个结论同时的绝对性；时间间隔的绝对性；空间距离的绝对性；物体的质量恒定不变同时的相对性；运动的时钟变慢运动的尺子缩短物体的质量随速度的增大而增大四、相对论的几个效应1“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的2运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢，运动速度越快，效果越明显3运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短4物体质量随速度的增加而增大一、对经典力学的成就与局限性的认识例1(双选)关于经典力学，下列说法正确的是()a经典力学是科学家通过探索身边的物体运动而总结出的运动规律b经典力学在理论和实践上取得巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此，它是完全正确的c经典力学不适用于高速、微观领域，而自然界中又不存在惯性系，因此，它是完全错误的d经典力学是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段，随着探索的深入，视野的开阔，必然存在不完善的方面解析分析时既要看到经典力学的伟大成就，又要注意到经典力学的局限性及适用范围由于认识水平的局限，科学家最早研究的是身边的事物，经典力学就是科学家通过探索身边的运动而总结出的运动规律，a正确经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，但随着人们探索的深入、视野的开阔，人们发现经典力学也有局限性，它不适用于高速、微观领域，所以b、c错误，d正确答案ad二、经典力学的适用范围例2(双选)下列服从经典力学规律的是()a自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动b发射导弹、人造卫星、宇宙飞船c物体运动的速率接近于真空中的光速d能量的不连续现象解析经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以a、b正确，c错误；能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项d错误答案ab三、对相对论几个效应的理解例3(单选)如图2所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔a、b和c.假想有一列车沿ac方向以接近光速行驶，当铁塔b发出一个闪光，列车上的观察者测得a、c两铁塔被照亮的顺序是()图2a同时被照亮 ba先被照亮cc先被照亮 d无法判断解析列车上的观察者看到的是由b发出后经过a和c反射的光，由于列车在这段时间内向c运动，靠近c而远离a，所以c的反射光先到达列车上的观察者，观察者看到c先被照亮，故只有c正确答案c例4(单选)如图3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，以速度vb和vc朝同一方向飞行，vbvc.对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是()图3a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走得最快解析根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢答案c1(对经典力学成就与局限性的认识)(单选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，不适用于微观粒子下列说法不正确的是()a随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论b人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的c不同领域的事物各有其本质与规律d人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案a解析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，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内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所以a错，b、c、d对2(经典力学的适用范围)(单选)经典力学不能适用于下列哪些运动()a火箭的发射b宇宙飞船绕地球的运动c“勇气号”宇宙探测器的运动d微观粒子的波动性答案d解析经典力学只适用于低速运动，不适用高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界，所以不能适用于微观粒子的波动性3(对相对论几个效应的理解)(单选)惯性系s中有一边长为l的正方形(如图a所示)从相对s系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是()答案c解析根据相对性原理，当正方形沿x方向以接近光速匀速飞行时，在运动方向上会出现长度缩短，而在垂直于运动方向上则不会出现长度缩短，故选项c正确.题组一对经典力学的成就与局限性的认识1(单选)伽利略是经典力学的开创者，有关他的叙述不正确的是()a伽利略对运动进行了描述和分类，对自由落体运动规律进行了探索，得到了惯性原理，研究了抛体运动的轨迹b伽利略提出了运动的相对性原理，开创了实验科学c伽利略的研究，无论是在动力学的基本原理上，还是在动力学的研究方法上，都作出了奠基性的重要贡献d伽利略发现了行星运动规律答案d解析伽利略是经典力学的开创者，a、b、c选项内容皆为其科学贡献，故a、b、c均正确开普勒发现了行星运动规律，d不正确2(双选)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步下列表述正确的是()a牛顿发现了万有引力定律b牛顿通过实验证实了万有引力定律c伽利略解决了完全弹性碰撞问题d笛卡尔第一次比较完整地表述了惯性定律答案ad解析万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是由卡文迪许进行的，a对，b错由物理学史知c错，d对3(双选)继哥白尼提出“日心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论，这说明()a世界无限大，人不可能认识世界b人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界c人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化d每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识答案bc题组二经典力学的适用范围4(单选)经典力学只适用于“宏观世界”这里的“宏观世界”是指()a行星、恒星、星系等巨大的物质领域b地球表面上的物质世界c人眼能看到的物质世界d不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界答案d解析a、b、c三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选d.5(单选)牛顿运动定律不适用于下列哪些情况()a研究原子中电子的运动b研究“神舟五号”飞船的高速发射c研究地球绕太阳的运动d研究飞机从北京飞往纽约的航线答案a解析牛顿力学属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，并注意低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿运动定律适用于描述b、c、d中的运动，而a不适用题组三对经典时空观的认识6(单选)在一个惯性系中观测到的两个同时同地发生的事件，在其他惯性系观测()a一定同时 b同地不同时c不一定同地 d同时不同地答案a7(双选)根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论()a任何力学规律在惯性系中都是相同的b同一力学规律在不同的惯性系中可能不同c在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否在做匀速直线运动d在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在做匀速直线运动答案ac题组四对相对论几个效应的认识