粵教版必修2 第五章 12 經典力學的成就與局限性　經典時空觀與相對論時空觀 學案.docxVIP

學案1經典力學的成就與局限性學案2經典時空觀與相對論時空觀學習目標定位 1.了解經典力學的發(fā)展歷程和偉大成就.2.知道經典力學的局限性和適用范圍.3.了解經典時空觀及其基本推論.4.了解狹義相對論的理論基礎與相對論時空觀的幾個推論一、經典力學的成就與局限性1經典力學的偉大成就(1)經典力學把天上物體和地上物體的運動統(tǒng)一起來，從力學上證明了自然界的多樣性的統(tǒng)一，實現了人類對自然界認識的第一次理論大綜合(2)使人們認識到了以現象觀察和實驗研究為基礎的自然科學理論的基本特征(3)建立了以實驗和數學相結合的研究方法推動了其他學科的發(fā)展，與其他學科相結合產生了一些交叉性的分支學科2經典力學的局限性(1)經典力學不適用于研究高速運動(接近光速)的物體(2)經典力學不適用于微觀領域中物質結構和能量不連續(xù)的現象二、經典時空觀1慣性系與非慣性系：(1)慣性系：凡是牛頓運動定律成立的參考系，相對于慣性系靜止或做勻速直線運動的參考系都是慣性系(2)非慣性系：牛頓運動定律不成立的參考系，相對于慣性系做變速運動的參考系是非慣性系2伽利略相對性原理：對于所有的慣性系，力學規(guī)律都是相同的，或者說，一切慣性系都是等效的3經典時空觀(絕對時空觀)：時間永遠均勻地流逝，與任何外界無關；空間與任何外界事物無關，從不運動，永遠不變4經典時空觀的幾個具體結論：(1)同時的絕對性；(2)時間間隔的絕對性；(3)空間距離的絕對性；(4)物體質量恒定不變，即它們與參考系的選擇(或觀察者的運動狀態(tài))無關三、相對論時空觀1光速不變與經典物理學的矛盾：觀察和實驗事實表明：無論光源和觀察者如何運動，光速只能是c，這與經典力學的速度合成法則相矛盾2狹義相對論的兩條基本假設：(1)相對性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是相同的(2)光速不變原理：不管在哪個慣性系中，測得的真空中的光速都相同3相對論時空觀(1)“同時”的相對性：在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，在另一個參考系看來是不同時的(2)運動的時鐘變慢：時鐘相對于觀察者靜止時，走得快；相對于觀察者運動時，走得慢運動速度越快，效果越明顯(3)運動的尺子縮短：一個物體相對于觀察者靜止時，它的長度測量值最大；相對于觀察者運動時，觀察者在運動方向上觀測，它的長度要縮短，速度越快，縮得越短(4)物體質量隨速度的增加而增大一、經典力學的發(fā)展歷程及其偉大成就1經典力學通常指以牛頓三大定律為核心的矢量力學，有時也泛指描述低速、宏觀物體機械運動的經典力學體系2力學發(fā)展的三個階段(1)第一階段是在伽利略、牛頓時代之前，人們對力學現象的研究大多直接反映在技術之中或完全融合在哲學之內，物理學就整體而言還沒有成為獨立的科學(2)第二階段是從伽利略到牛頓，是經典力學從基本要領、基本定律到建成理論體系的階段，在這一階段有許多的科學家為經典力學打下重要基礎如伽利略、笛卡兒對慣性的研究，惠更斯對碰撞問題的研究，開普勒對天體運動的研究等(3)第三階段是牛頓之后經典力學的新發(fā)展，后人對經典力學的表述形式和應用對象進行了拓展和完善(4)經典力學金字塔的建立(如圖1所示)圖13經典力學的偉大成就(1)經典力學的建立標志著近代自然科學的誕生，是科學形態(tài)上的重要變革(2)經典力學把天上物體和地上物體的運動統(tǒng)一起來，從力學上證明了自然界的多樣性的統(tǒng)一，實現了人類對自然界認識的第一次理論大綜合(3)將實驗和數學相結合的方法推廣到物理學的各個分支學科上，形成了完整的經典力學體系二、經典力學的局限性和適用范圍1適用范圍：對于宏觀、低速(相對光速)物體的運動經典力學仍然適用2局限性(1)經典力學的應用受到物體運動速率的限制，當物體運動速率接近于真空中的光速時，經典力學的許多觀念將發(fā)生重大變化(2)經典力學不適用于微觀領域中物質結構和能量不連續(xù)的現象三、經典時空觀與相對論時空觀的不同之處經典時空觀相對論時空觀運動情況同一運動對不同參考系描述結果不同，即速度不同光在一切慣性參考系中傳向各個方向的速度不變時間與空間的關系時間均勻流逝，空間不變化，與運動情況及外部條件無關時間、空間都隨運動情況而改變向個結論同時的絕對性；時間間隔的絕對性；空間距離的絕對性；物體的質量恒定不變同時的相對性；運動的時鐘變慢運動的尺子縮短物體的質量隨速度的增大而增大四、相對論的幾個效應1“同時”的相對性：在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，在另一個參考系看來是不同時的2運動的時鐘變慢：時鐘相對于觀察者靜止時，走得快；相對于觀察者運動時，走得慢，運動速度越快，效果越明顯3運動的尺子縮短：一個物體相對于觀察者靜止時，它的長度測量值最大；相對于觀察者運動時，觀察者在運動方向上觀測，它的長度要縮短，速度越快，縮得越短4物體質量隨速度的增加而增大一、對經典力學的成就與局限性的認識例1(雙選)關于經典力學，下列說法正確的是()a經典力學是科學家通過探索身邊的物體運動而總結出的運動規(guī)律b經典力學在理論和實踐上取得巨大的成功，從地面到天體的運動都服從經典力學的規(guī)律，因此，它是完全正確的c經典力學不適用于高速、微觀領域，而自然界中又不存在慣性系，因此，它是完全錯誤的d經典力學是人類長期對自然運動規(guī)律探索的一個發(fā)展階段，隨著探索的深入，視野的開闊，必然存在不完善的方面解析分析時既要看到經典力學的偉大成就，又要注意到經典力學的局限性及適用范圍由于認識水平的局限，科學家最早研究的是身邊的事物，經典力學就是科學家通過探索身邊的運動而總結出的運動規(guī)律，a正確經典力學在理論和實踐上取得了巨大的成功，但隨著人們探索的深入、視野的開闊，人們發(fā)現經典力學也有局限性，它不適用于高速、微觀領域，所以b、c錯誤，d正確答案ad二、經典力學的適用范圍例2(雙選)下列服從經典力學規(guī)律的是()a自行車、汽車、火車、飛機等交通工具的運動b發(fā)射導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船c物體運動的速率接近于真空中的光速d能量的不連續(xù)現象解析經典力學只適用于宏觀、低速運動的物體，所以a、b正確，c錯誤；能量的不連續(xù)現象不適合用經典力學來解釋，所以選項d錯誤答案ab三、對相對論幾個效應的理解例3(單選)如圖2所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔a、b和c.假想有一列車沿ac方向以接近光速行駛，當鐵塔b發(fā)出一個閃光，列車上的觀察者測得a、c兩鐵塔被照亮的順序是()圖2a同時被照亮 ba先被照亮cc先被照亮 d無法判斷解析列車上的觀察者看到的是由b發(fā)出后經過a和c反射的光，由于列車在這段時間內向c運動，靠近c而遠離a，所以c的反射光先到達列車上的觀察者，觀察者看到c先被照亮，故只有c正確答案c例4(單選)如圖3所示，有三個完全相同的時鐘，時鐘a放在地面上，時鐘b、c分別放在兩個火箭上，以速度vb和vc朝同一方向飛行，vbvc.對于地面上的觀察者來說，則以下說法中正確的是()圖3a時鐘a走得最慢 b時鐘b走得最慢c時鐘c走得最慢 d時鐘c走得最快解析根據相對論的時空觀，運動的時鐘變慢，其實質是指在相對論中每位觀察者都有自身的時間測度，即如果一時鐘在天空高速飛馳，對靜止不動的觀察者來說似乎時鐘的時間走得慢了時鐘飛馳得越快，時鐘的時間走得越慢答案c1(對經典力學成就與局限性的認識)(單選)20世紀以來，人們發(fā)現了一些新的事實，而經典力學卻無法解釋經典力學只適用于解決物體的低速運動問題，不能用來處理高速運動問題；只適用于宏觀物體，不適用于微觀粒子下列說法不正確的是()a隨著認識的發(fā)展，經典力學已成了過時的理論b人們對客觀事物的具體認識，在廣度上是有局限性的c不同領域的事物各有其本質與規(guī)律d人們應當不斷擴展認識，在更廣闊的領域內掌握不同事物的本質與規(guī)律答案a解析人們對客觀世界的認識，要受到所處時代的客觀條件和科學水平的制約，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人們只有不斷地擴展自己的認識，才能掌握更廣闊領域內的不同事物的本質與規(guī)律；新的科學的誕生，并不意味著對原來科學的全盤否定，只能認為過去的科學是新的科學在一定條件下的特殊情形所以a錯，b、c、d對2(經典力學的適用范圍)(單選)經典力學不能適用于下列哪些運動()a火箭的發(fā)射b宇宙飛船繞地球的運動c“勇氣號”宇宙探測器的運動d微觀粒子的波動性答案d解析經典力學只適用于低速運動，不適用高速運動，只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界，所以不能適用于微觀粒子的波動性3(對相對論幾個效應的理解)(單選)慣性系s中有一邊長為l的正方形(如圖a所示)從相對s系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測得此正方形的圖形是()答案c解析根據相對性原理，當正方形沿x方向以接近光速勻速飛行時，在運動方向上會出現長度縮短，而在垂直于運動方向上則不會出現長度縮短，故選項c正確.題組一對經典力學的成就與局限性的認識1(單選)伽利略是經典力學的開創(chuàng)者，有關他的敘述不正確的是()a伽利略對運動進行了描述和分類，對自由落體運動規(guī)律進行了探索，得到了慣性原理，研究了拋體運動的軌跡b伽利略提出了運動的相對性原理，開創(chuàng)了實驗科學c伽利略的研究，無論是在動力學的基本原理上，還是在動力學的研究方法上，都作出了奠基性的重要貢獻d伽利略發(fā)現了行星運動規(guī)律答案d解析伽利略是經典力學的開創(chuàng)者，a、b、c選項內容皆為其科學貢獻，故a、b、c均正確開普勒發(fā)現了行星運動規(guī)律，d不正確2(雙選)物理學的發(fā)展豐富了人類對物質世界的認識，推動了科學技術的創(chuàng)新和革命，促進了物質生產的繁榮與人類文明的進步下列表述正確的是()a牛頓發(fā)現了萬有引力定律b牛頓通過實驗證實了萬有引力定律c伽利略解決了完全彈性碰撞問題d笛卡爾第一次比較完整地表述了慣性定律答案ad解析萬有引力定律是牛頓發(fā)現的，但在實驗室里加以驗證是由卡文迪許進行的，a對，b錯由物理學史知c錯，d對3(雙選)繼哥白尼提出“日心說”、開普勒提出行星運動三定律后，牛頓站在巨人的肩膀上，創(chuàng)立了經典力學，揭示了包括行星在內的宏觀物體的運動規(guī)律；愛因斯坦既批判了牛頓力學的不足，又進一步發(fā)展了牛頓的經典力學，創(chuàng)立了相對論，這說明()a世界無限大，人不可能認識世界b人的意識具有能動性，能夠正確地反映客觀世界c人對世界的每一個正確認識都有局限性，需要發(fā)展和深化d每一個認識都可能被后人推翻，人不可能獲得正確的認識答案bc題組二經典力學的適用范圍4(單選)經典力學只適用于“宏觀世界”這里的“宏觀世界”是指()a行星、恒星、星系等巨大的物質領域b地球表面上的物質世界c人眼能看到的物質世界d不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質世界答案d解析a、b、c三個選項說的當然都屬于“宏觀世界”，但都很片面，沒有全面描述，本題應選d.5(單選)牛頓運動定律不適用于下列哪些情況()a研究原子中電子的運動b研究“神舟五號”飛船的高速發(fā)射c研究地球繞太陽的運動d研究飛機從北京飛往紐約的航線答案a解析牛頓力學屬于經典力學的研究范疇，適用于宏觀、低速運動的物體，并注意低速和高速的標準是相對于光速，可判定牛頓運動定律適用于描述b、c、d中的運動，而a不適用題組三對經典時空觀的認識6(單選)在一個慣性系中觀測到的兩個同時同地發(fā)生的事件，在其他慣性系觀測()a一定同時 b同地不同時c不一定同地 d同時不同地答案a7(雙選)根據伽利略相對性原理，可以得到下列結論()a任何力學規(guī)律在慣性系中都是相同的b同一力學規(guī)律在不同的慣性系中可能不同c在一個慣性參考系里不能用力學實驗判斷該參考系是否在做勻速直線運動d在一個慣性參考系里可以用力學實驗判斷該參考系是否在做勻速直線運動答案ac題組四對相對論幾個效應的認識