《相对论时空观与牛顿力学的局限性》课件

第七章万有引力与宇宙航行5相对论时空观与牛顿力学的局限性学习目标学法指导1.知道光速不变原理，了解相对论的时间延缓效应和长度收缩效应2．知道牛顿力学的成就和局限性，了解物理学发展的历史1.通过学习和阅读教材，初步了解相对论时空观．了解时间延缓和长度收缩效应．通过阅读“科学漫步”激发关注宇宙起源和演化的科学兴趣2．通过互联网学习，了解相对论，学习相对论的建立及对人类认识世界的作用知识导图预习导学|新知领悟1．牛顿力学时空观河水相对岸的速度为v水岸，船相对水的速度为v船水，则船相对岸的速度为____________________.相对论时空观v船岸＝v船水＋v水岸2．相对论时空观(1)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________的．(2)时间延缓效应：相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，而地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，则Δt＝________.(3)长度收缩效应：与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向以v相对杆运动的人测得杆长是l，则l＝___________.相同【答案】不变．参考系变化了，光速是否会变化？

假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车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【答案】D【解析】根据长度的相对性，相对运动方向长度减小，垂直于运动方向上的长度不变，所以这个人瘦但不高，D正确．1．牛顿力学的成就：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：牛顿力学适用于________、________的物体而不适用于______、高速的物体．牛顿力学的成就与局限性牛顿力学宏观低速微观【答案】没有．它们各自有适用范围．相对论与量子力学否定了牛顿力学吗？ (多选)下列说法正确的是

(

)A．研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B．研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式C．研究电子运动要用狭义相对论原理，研究铅球运动可用牛顿运动定律D．研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律【答案】AC【解析】以牛顿运动定律为基础的经典物理学处理低速、宏观物体的运动是相当完美的，但对于高速的微观的运动就无能为力了．显然，铅球的运动可以用牛顿定律来解决，电子的运动则不能用牛顿定律来解决，而要用狭义相对论原理来解决．本题主要考查经典物理学的适用范围，选项A、C正确.多维课堂|

素养初培如图，一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央的光源发出一个闪光，思考以下问题．相对论时空观问题(1)甲图中，车厢内的观察者以车厢为参考系，观察到闪光是否同时到达前后两壁？(2)乙图中，车下的观察者以地面为参考系，观察到闪光是否同时到达前后两壁？【答案】(1)是．(2)不同时，闪光先到达后壁．精练1

一个时钟，在它与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如图所示．由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c(c为真空中的光速)时，时钟的周期大约为________.在日常生活中，我们无法察觉时钟周期变化的现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度________.若在高速运行的飞船上有一只表，从地面上观察，飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变________(填“快”或“慢”)了．【答案】2.5s太小慢【解析】通过分析图像，当相对速度为0.6c时，时钟的频率为0.4Hz，其周期为2.5s．时钟变慢效应只有当相对速度比较大时，才有明显的相对论效应，人类生活在低速宏观世界中，很难观察到爱因斯坦的相对论效应．无法察觉时钟周期变化的现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度太慢．变式1

(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一个相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两个钟的快慢，下列说法正确的有(

)A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C．地球上的人观测到地球上的钟较快D．地球上的人观测到地球上的钟较慢【答案】AC【解析】由狭义相对论的“钟慢效应”原理可知，飞船上的人观测到地球上的钟比飞船上慢，地球上的人观测到飞船上的钟比地球上慢，故选项A、C正确，B、D错误.(1)由于日常生活中相对速度比较小，和光速相比可以忽略不计，故观察不到明显的相对论效应．(2)时钟变慢效应中的相对速度的大小都是针对光速来说的．1．经典力学只适用于处理物体的低速运动(v≪c)．2．经典力学不适用于微观领域中能量不连续的运动．3．经典力学规律只在惯性参考系中成立——经典力学规律只能用于宏观、低速(与光速相比)的情形，且只在惯性参考系中成立．经典力学(牛顿力学)的适用范围精练2

(多选)20世纪，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．这说明

(

)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】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．变式2以下说法正确的是

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)A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子B．相对论与量子力学否定了经典力学理论C．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变D．经典力学理论具有一定的局限性【答案】D【解析】经典力学理论适应于宏观物体，不适应微观粒