第6章 6.16.3

1、.6.1经典力学的宏大成就和局限性6.2狭义相对论的根本原理6.3爱因斯坦心目中的宇宙学习目的 1.理解经典力学的开展历程和伟大成就.2.认识经典力学的局限性和适用范围.3.初步理解微观和高速世界中的奇妙现象.4.知道相对论、量子力学和经典力学的关系一、经典力学的宏大成就1经典力学经典力学通常叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律2经典力学的宏大成就1把天体的运动与地上物体的运动统一起来2经典力学和以经典力学为根底开展起来的天体力学、材料力学和构造力学等得到了广泛的应用3力学和热力学的开展及其与消费的结合引发了第一次工业革命4由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术

2、的理论根底5相对论和量子力学的形成都受到经典力学的影响二、经典力学方法论的意义1两种典型研究方法1伽利略：“自然数学化的方法，创始了将实验、逻辑数学相结合的方法2牛顿：归纳演绎法，大量运用数学方法系统地整理物理学理论的方法其演绎的结果必须通过实验验证2意义伽利略和牛顿的科学方法是经典力学方法的典型，影响深远，并不断得到开展和完善，逐渐成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义很大三、经典力学的局限性和适用范围1经典力学的局限性和适用范围：对于宏观、低速相对光速物体的运动经典力学仍然适用2经典力学的局限性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

3、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构造和能量不连续的现象四、经典时空观与相对论时空观1经典时空观1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2惯性系与非惯性系：惯性系：但凡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3伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是一样的，或者说，一切惯性系都是等价的4经典时空观的几个详细结论：同时的绝对性；时间间隔的绝对性；空间间隔 的绝对性；物体质量恒定不变，即它们与参

4、考系的选择或观察者的运动状态无关2相对论时空观1光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实说明：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那么相矛盾2狭义相对论的两条根本假设：相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是一样的光速不变原理：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动无关3相对论时空观同时的相对性：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

5、，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短物体质量随速度的增加而增大即学即用1判断以下说法的正误1牛顿运动定律适用于任何参考系×2经典时空观认为时间是绝对的3经典时空观认为物体的质量是绝对的4不管是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的×2多项选择以下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能量的不连续现象答案AB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合适用经典力学来解释，所以选项D错误.一、经典力学与相对论的比

6、较导学探究如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体请考虑：图11经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？2经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？答案1质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进展研究2中子星的引力属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进展研究知识深化1区别：比较项经典力学相对论形成时期物理学形成的初期阶段，受历史开展限制，理论较浅薄、片面形成于物理学充分开展的现代，理论较完善、科学适用范围低速运动，宏观世界，弱引力作用任何情况都适用速度对质量的影响物体

7、的质量不随其速度的变化而变化物体的质量随其速度的增加而增大速度的合成时间与空间互不相干速度与位移、时间的测量有关2.联络：1当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别2相对论并没有否认经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形例1以下说法正确的选项是A在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B狭义相对论和经典力学是完全不同、互相矛盾的两个理论C物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律D以上说法都是错误的答案C解析在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，

8、物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A错误；狭义相对论没有否认经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B错误；经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律，选项C正确针对训练1多项选择牛顿运动定律能适用于以下哪些情形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BCD解析牛顿运动定律只能用于“宏观低速的情形，这里的“宏观是相对于微观粒子而言的这里的“低速是相对于光速而言的原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿运动定律，A错误；B、C、D选项中运动虽然是“高速，但相对于光

9、速来说，却是微缺乏道的，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，B、C、D正确二、相对论的理解导学探究地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s；如图2所示，设在美国伊利诺伊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倍光速的速度请考虑：图21地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？2加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案1狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度，所以地球的公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速2物体的质量随速度的增大而增大，所以加速后电子的质量比电子的静止质量增大了知识深化

10、1两个根本原理1相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有一样的形式，说明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变2光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，说明了经典时空观与相对论时空观的不同；比较如下：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绘结果不同，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几个结论同时的绝对性时间间隔的绝对性空间间隔 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加而

11、增大2.相对论时空观的内容认为时间和空间是互相联络、互相影响的，并且与物质的存在及运动有关1长度收缩效应：一把尺子，在相对于它静止的参考系xOy中测得其长度为l称为静止长度，如图3所示当该尺子相对另一参考系xOy如地面沿尺子长度方向以速度v运动时，在该参考系xOy如地面中测得尺子长度为ll.图3由于v<c，所以l<l，说明在相对尺子运动的参考系中测得的“运动长度比在相对尺子静止的参考系中测得的“静止长度短，即所谓的“长度收缩效应当速度vc时，ll，这就回到了经典物理学的结论空间的尺度与物体的运动状态无关2时间延缓效应：在相对于地面以速度v匀速运动的参考系内，测得该参考系中某一事件所

12、经历的时间为t，那么在地面上测得该事件所经历的时间为：t.由于v<c，所以t>t.即用同样标准的钟，在静止参考系中测得的时间比在运动参考系中测得的时间长，好比是运动的钟走“慢了当速度vc时，tt，这就回到了经典物理学的结论时间与物体的运动状态无关例2半人马星座星是间隔 太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016 m设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座星之间假设宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多长时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多长？答案9年0.4年解析以地球上的时钟计算：t s2.87×108 s9年假设以飞船上的

13、时钟计算原时，因为t所以得tt2.87×108× s1.28×107 s0.4年针对训练2如图4所示，有三个完全一样的时钟，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，以下说法中正确的选项是图4A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走得最快答案C解析根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其本质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即假如一时钟在天空高速奔驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了时钟奔驰得越快，时钟的时间走得越慢1经典力学的成就

14、和局限性多项选择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，一般不适用于微观粒子，以下说法正确的选项是A随着认识的开展，经典力学已成了过时的理论B人们对客观事物的详细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人们应当不断拓展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案BCD解析人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学程度的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断拓展自己的认识，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

15、科学的全盘否认，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2经典时空观多项选择以下说法中哪些属于经典时空观的观点A世界的过去、如今和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B时间和空间不依赖人们的意识而存在C时间和空间是绝对的D时间和空间是严密联络、不可分割的答案ABC解析经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，选项A、B、C属于经典时空观；选项D属于相对论时空观3相对论效应的理解如图5所示，沿平直铁道路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5A同时被照亮 BA先被照亮CC先

16、被照亮 D无法判断答案C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4狭义相对论的应用如图6所示，强强乘坐速度为0.9cc为光速的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进展联络，那么壮壮观测到该光束的传播速度为图6A0.4c B0.5cC0.9c Dc答案D解析由狭义相对论的光速不变原理知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是一样的，可知D正确，A、B、C错误一、选择题考点一经典力学的认识1经典力学不能适用于以下哪些运动A火箭的发射B

17、宇宙飞船绕地球的运动C“勇气号宇宙探测器的运动D以99%倍光速运行的电子束答案D解析经典力学在低速运动的广阔领域包括天体力学的研究中，经受了理论的检验，获得了宏大的成就，但在高速领域不再适用，应选项A、B、C适用，D不适用2多项选择以下说法正确的选项是A牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系B在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性C按照经典时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关D伽利略相对性原理说明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动答案BCD3多项选择以下说法正确的选项是A经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 老师范读的是阅读教学中不可缺少的部分，我常

18、采用范读，让幼儿学习、模拟。如领读，我读一句，让幼儿读一句，边读边记；第二通读，我大声读，我大声读，幼儿小声读，边学边仿；第三赏读，我借用录好配朗读磁带，一边放录音，一边幼儿反复倾听，在反复倾听中体验、品味。B经典力学理论的成立具有一定的局限性“师之概念，大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生而来。其中“师傅更早那么意指春秋时国君的老师。?说文解字?中有注曰：“师教人以道者之称也。“师之含义，如今泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。“老师的原意并非由“老而形容“师。“老在旧语义中也是一种尊称，隐喻年长且学识渊博者。“老“师连用最初见于?史记?，有“荀卿最为老师之说法。渐

19、渐“老师之说也不再有年龄的限制，老少皆可适用。只是司马迁笔下的“老师当然不是今日意义上的“老师，其只是“老和“师的复合构词，所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称，虽能从其身上学以“道，但其不一定是知识的传播者。今天看来，“老师的必要条件不光是拥有知识，更重于传播知识。C在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变D相对论和量子力学否认了经典力学理论答案BC与当今“老师一称最接近的“老师概念，最早也要追溯至宋元时期。金代元好问?示侄孙伯安?诗云：“伯安入小学，颖悟非凡貌，属句有夙性，说字惊老师。于是看，宋元时期小学老师被称为“老师有案可稽。清代称主考官也为“老师，而一般学堂里的先生那么称为“老师或“教习。可见，“老师一说是比较晚的事了。如今体会，“老师的含义比之“老师一说，具有资历和学识程度上较低一些的差异。辛亥革命后，老师与其他官员一样依法令任命，故又称“老师为“教员。解析经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错误，B正确在经典力学中，物体的速度vc，所以物体的质量不随运动状态改变而改变，但相对论和量子力学并不否认经典