7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 教学课件高二下学期物理人教版必修第二册

5相对论时空观与牛顿力学的局限性第七章

万有引力与宇宙航行高中物理人教版（2019）必修第二册学习目标知道时间延缓效应及长度收缩效应结论的内容。02知道爱因斯坦的两个假设的内容。01了解相对论、量子力学和经典力学的关系。0304认识经典力学的局限性和适用范围。情景导入01相对论时空观地球绕太阳公转的速度是3×104m/s，某实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999999999987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？答案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)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？答案不相同。随飞船旅行的时钟变慢。1.19世纪，物理学家麦克斯韦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等于光速c。麦克斯韦要点归纳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，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符。迈克尔逊(AlbertAbrabanMichelsom,1852-1931)(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是

相同的。爱因斯坦3.爱因斯坦假设

②Δt与Δτ的关系总有Δt＞Δτ，即物理过程的快慢(时间进程)跟物体的运动状态有关。4.相对论时空观

(2)长度收缩效应②l与l0的关系总有l<l0，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关。

√根据爱因斯坦的光速不变原理可知，在不同的惯性参考系中，光在真空中沿任何方向传播速度都是c，则观察者在地面上任何地方和在飞船中观测光的速度均为c，故选D。例题2.(2024·扬州市高一期中)A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度vB和vC朝同一方向飞行的两个火箭上，且vB>vC。地面上的观察者认为走得最慢的时钟是A.A时钟

B.B时钟C.C时钟

D.无法确定√

例题3.若一列火车以接近光速的速度在高速行驶，车上的人用望远镜来观察地面上的一只排球，其观察的结果是A.像一只乒乓球(体积变小)B.像一只篮球(体积变大)C.像一只橄榄球(竖直放置)D.像一只橄榄球(水平放置)√以观察者为参考系，则排球以接近光速的速度反向运动，由长度收缩效应可知，观察者测得排球水平宽度变短，竖直长度不变，因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球。故选C。例题02牛顿力学的成就与局限性情景导入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，取得了巨大成就牛顿力学的成就将“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在微观世界中(尺度在10-10m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，牛顿力学也不适用牛顿力学的局限性只适用于低速运动，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牛顿力学的适用范围B高速A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为低速运动的物体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。相对论和量子力学是不是否定了牛顿力学？说说你的看法。答案不是。当物体的运动速度远小于光速时，相对论与牛顿力学的结论没有区别；当普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和牛顿力学的结论没有区别。牛顿力学没有被否定，而是作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中。PK思考与讨论(1)相对论和量子力学的出现，说明经典力学已失去意义。(

)(2)原子中电子的运动能用经典力学进行解释。(

)(3)空气中灰尘的运动能用经典力学进行解释。(

)(4)牛顿力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动牛顿力学就无能为力了。(

)(5)洲际导弹的速度可达到6000m/s，在这种高速运动状态下，牛顿力学不适用。(

)(6)对于质子、电子的运动情况，牛顿力学同样适用。(

)××√×××辨析4.关于牛顿力学理论，下述说法中正确的是A.牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力场B.相对论和量子力学证明了牛顿力学是错误和过时的C.牛顿力学认为时空是相对的D.牛顿力学可以预言各种尺度下的运动√牛顿力学适用于宏观、低速、弱引力场，A正确；相对论和量子力学适用于微观高速运动的粒子，并没有否定牛顿力学，B错误；牛顿力学中，认为时间和空间都是绝对的，C错误；牛顿力学不适用于微观、高速情况下的运动，D错误。例题5.(2024·台州市高一期中)下列物理情景中，经典的牛顿力学不再适用的是A.电子以接近光的速度运动B.超音速飞行的歼-20战机C.地球绕太阳运动D.体育课上，被小明同学抛出的篮球√牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，对微观高速运动的粒子不再适用，因此当电子以接近光的速度运动时，牛顿力学不再适用；而超音速飞行的歼-20战机、地球绕太阳运动以及抛出的篮球都属于宏观低速运动的物体，牛顿力学完全适用。故选