高一物理（人教版）学案 必修二 第七章 第5节　相对论时空观与牛顿力学的局限性

5/5第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性(强基课逐点理清物理观念)课标要求层级达标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。学考层级1.知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。2.知道相对论、量子力学有助于人类认识高速、微观领域。3.知道爱因斯坦的两个假设。4.知道时间延缓效应和长度收缩效应。选考层级1.了解爱因斯坦的两个假设,知道牛顿力学的局限性。2.能对时间延缓效应和长度收缩效应问题进行分析。逐点清(一)相对论时空观[多维度理解]1.电磁波与光速英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了的存在,并证明电磁波的传播速度等于。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,光的传播速度都是的。

2.绝对时空观:时间与空间都是独立于物体及其而存在的,也叫牛顿力学时空观。

3.爱因斯坦的假设(1)在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是的。

(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是的。

4.惯性系和非惯性系(1)牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性系,相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。(2)牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。5.时间延缓效应:Δt=。

6.长度收缩效应:l=。

7.相对论时空观:运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的有关。

8.相对论时空观与经典力学的比较项目经典力学相对论时空观“同时”的相对性如果两个事件在一个参考系中是同时的,在另一个参考系中一定也是同时的在一个参考系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个参考系中不一定是同时的时间间隔的相对性某两个事件,在不同的惯性参考系中观察,它们的时间间隔总是相同的某两个事件,在不同的惯性参考系中观察,它们的时间间隔是不相同的长度的相对性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“长度”也具有相对性,一根沿自身长度方向运动的杆,其长度总比静止时的小[全方位练明]1.1905年爱因斯坦提出了狭义相对论,狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的,这两条基本假设是()A.同时的绝对性与同时的相对性B.运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C.时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D.相对性原理与光速不变原理2.(2023·广东1月学考)地面上的观察者测得真空中的光速为v1,在匀速直线运动的列车内,观察者测得真空中的光速为v2,根据狭义相对论,下列判断正确的是()A.v1>v2 B.v1<v2C.v1=v2 D.无法确定3.(2024·武汉高一检测)假设地面上有一火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是()A.这个人是一个矮胖子B.这个人是一个瘦高个子C.这个人矮但不胖D.这个人瘦但不高4.(多选)用相对论的观点判断下列说法正确的是()A.时间和空间都是绝对的,在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度都不会改变B.在地面上的人看来,以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快,但飞船中的航天员却认为时钟是准确的C.在地面上的人看来,以10km/s的速度垂直地面向上运动的飞船在运动方向上会变短,而飞船中的航天员却感觉地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D.当物体运动的速度v远小于c时,长度收缩效应和时间延缓效应都可以忽略不计逐点清(二)牛顿力学的成就与局限性[多维度理解]1.牛顿力学的成就:牛顿力学的基础是,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,都服从的规律。

2.牛顿力学的局限性电子、质子、中子等,它们不仅具有粒子性,同时还具有,它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。

3.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。4.低速与高速的理解(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。5.牛顿力学与相对论、量子力学的比较牛顿力学(经典力学)相对论、量子力学区别(1)牛顿力学适用于低速运动的物体(2)牛顿力学适用于宏观世界(3)牛顿力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好(1)相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律(2)量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律(3)相对论能够解释强引力情况下的作用规律联系(1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与牛顿物理学的结论没有区别(2)当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区别(3)相对论和量子力学并没有否定牛顿力学,牛顿力学是二者在一定条件下的特殊情形[全方位练明]1.判断下列说法是否正确。(1)火车提速后,有关速度问题不能用牛顿力学来处理。()(2)宏观物体在低速运动时,相对论与经典力学的结论是一致的。()(3)在牛顿力学的适用范围内,运动的时钟和静止的时钟快慢相同。()(4)电子在原子核外的运动规律不能用牛顿力学来解释。()2.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3.(多选)来自中国的量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光,射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站,首次实现人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发。下列说法正确的是()A.牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律B.牛顿力学适用于描述光子的运动规律C.量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律D.量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值课下请完成阶段质量检测(三)第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性逐点清(一)[多维度理解]1．电磁波光速c一样2.运动3.(1)相同(2)相同5.eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))6.l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)7.运动状态[全方位练明]1．选D狭义相对论的两个基本假设是相对性原理和光速不变原理，故D正确。2．选C根据狭义相对论光速不变原理，光在真空中总是以确定的速度传播，速度的大小同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关，可知v1＝v2。故选C。3．选D取路旁的人为惯性参考系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据长度收缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，所以这个人瘦但不高，故D正确。4．选CD根据相对论可知，时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，A错误；由Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v2,c2)))知，在地面上看以10km/s的速度运动的时钟，发现运动的时钟会变慢，B错误；由l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))可知在地面上的人看来，以10km/s的速度垂直地面向上运动的飞船在运动方向上会变短，而飞船中的航天员却感觉地面上的人看起来比飞船中的人扁一些，C正确；由时间延缓效应公式和长度收缩效应公式可知，当v远小于c时，时间延缓效应和长度收缩效应都可以忽略不计，D正确。逐点清(二)[多维度理解]1．牛顿运动定律万有引力定律牛顿力学2.微观粒子波动性[全方位练明]1．(1)×(2)√(3)√(4)√2．选D前三个选项说的都属于“宏观世界”，但都很片面，没有D选项描述的全面，故选D。3．选AC牛顿力学可以用来描述宏观低速运动问题，故牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律，故A正