202X學(xué)年高考物理主題三牛頓力學(xué)的局限性和相對論初步3.1_3.3課件粵教版

1、3.1經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性3.2經(jīng)典時空觀與相對論時空觀經(jīng)典時空觀與相對論時空觀3.3宇宙的起源與演化宇宙的起源與演化學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標核心提煉核心提煉1.了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就。了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就。4個概念個概念經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典時空觀、經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典時空觀、狹義相對論、相對論時空觀狹義相對論、相對論時空觀3個結(jié)論個結(jié)論經(jīng)典時空觀及其基本推論、經(jīng)典時空觀及其基本推論、狹義相對論的理論基礎(chǔ)、相對論時空狹義相對論的理論基礎(chǔ)、相對論時空觀的幾個推論觀的幾個推論2.知道經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍。知道經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍。3.了解經(jīng)典時空觀及其基本推論

2、。了解經(jīng)典時空觀及其基本推論。4.了解狹義相對論的理論基礎(chǔ)與相對論了解狹義相對論的理論基礎(chǔ)與相對論時空觀的幾個推論。時空觀的幾個推論。5.了解宇宙的起源與演化。了解宇宙的起源與演化。一、經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍一、經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)如圖是以牛頓為代表的對經(jīng)典力學(xué)做出重要奉獻的科學(xué)家，那么經(jīng)典力學(xué)的適用范如圖是以牛頓為代表的對經(jīng)典力學(xué)做出重要奉獻的科學(xué)家，那么經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？經(jīng)典力學(xué)有哪些局限性？圍是什么？經(jīng)典力學(xué)有哪些局限性？1.經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：對于經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：對于_、_(相對光速相對光速)物體的運動經(jīng)典力學(xué)仍然物體的運動經(jīng)典力學(xué)仍然適用。適用。

3、2.經(jīng)典力學(xué)的局限性經(jīng)典力學(xué)的局限性(1)經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運動經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運動_的限制，當物體運動速率接近于真空中的的限制，當物體運動速率接近于真空中的_時，經(jīng)典力學(xué)的許多觀念將發(fā)生重大變化。時，經(jīng)典力學(xué)的許多觀念將發(fā)生重大變化。(2)經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)構(gòu)造和經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)構(gòu)造和_的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。宏觀宏觀低速低速速率速率光速光速能量不連續(xù)能量不連續(xù)理解概念理解概念判斷以下說法是否正確。判斷以下說法是否正確。(1)牛頓運動定律適用于任何參考系。牛頓運動定律適用于任何參考系。( )(2)經(jīng)典時空觀認為時間間隔是絕對的。經(jīng)典時空觀認為時間間隔是絕對的。(

4、)(3)經(jīng)典時空觀認為物體的質(zhì)量是絕對的。經(jīng)典時空觀認為物體的質(zhì)量是絕對的。( )(4)不管是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和相對論都是適用的。不管是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和相對論都是適用的。( )二、經(jīng)典時空觀與相對論時空觀二、經(jīng)典時空觀與相對論時空觀觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)愛因斯坦提出相對論，由相對論時空觀可知，運動的時鐘會變慢及運動的尺子會縮愛因斯坦提出相對論，由相對論時空觀可知，運動的時鐘會變慢及運動的尺子會縮短，但為什么我們在日常生活中從未注意到長度收縮和時間膨脹效應(yīng)？短，但為什么我們在日常生活中從未注意到長度收縮和時間膨脹效應(yīng)？1.經(jīng)典時空觀經(jīng)典時空觀(1)慣性系與非慣性系慣性

5、系與非慣性系慣性系：但凡慣性系：但凡_定律成立的參考系，相對于慣性系靜止或做勻速直定律成立的參考系，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。線運動的參考系都是慣性系。非慣性系：非慣性系：_定律不成立的參考系，相對于慣性系做變速運動的參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?？枷凳欠菓T性系。(2)伽利略相對性原理：對于所有的慣性系，伽利略相對性原理：對于所有的慣性系，_規(guī)律都是一樣的，或者說，一規(guī)律都是一樣的，或者說，一切慣性系都是切慣性系都是_。(3)經(jīng)典時空觀經(jīng)典時空觀(絕對時空觀絕對時空觀)：時間永遠均勻地流逝，與任何外界：時間永遠均勻地流逝，與任何外界_

6、；空間與；空間與任何外界事物任何外界事物_，從不運動，永遠不變。，從不運動，永遠不變。牛頓運動牛頓運動牛頓運動牛頓運動力學(xué)力學(xué)等效的等效的無關(guān)無關(guān)無關(guān)無關(guān)(4)經(jīng)典時空觀的幾個具體結(jié)論經(jīng)典時空觀的幾個具體結(jié)論_的絕對性；的絕對性；_的絕對性；的絕對性；_的絕對性；的絕對性；物體質(zhì)量物體質(zhì)量_。即它們與參考系的選擇即它們與參考系的選擇(或觀察者的運動狀態(tài)或觀察者的運動狀態(tài))無關(guān)。無關(guān)。2.相對論時空觀相對論時空觀(1)光速不變與經(jīng)典物理學(xué)的矛盾：觀察和實驗事實說明：無論光源和觀察者如何運光速不變與經(jīng)典物理學(xué)的矛盾：觀察和實驗事實說明：無論光源和觀察者如何運動，光速只能是動，光速只能是c，這與經(jīng)典

7、力學(xué)的，這與經(jīng)典力學(xué)的_法那么相矛盾。法那么相矛盾。同時同時時間間隔時間間隔空間距離空間距離恒定不變恒定不變速度合成速度合成(2)狹義相對論的兩條根本假設(shè)狹義相對論的兩條根本假設(shè)相對性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是相對性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是_。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一樣。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一樣。(3)相對論時空觀相對論時空觀“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是_的。的。運動的時鐘變慢：時鐘相對于觀

8、察者運動的時鐘變慢：時鐘相對于觀察者_時，走得快；相對于觀察者時，走得快；相對于觀察者_時，走得慢。運動速度越快，效果越明顯。時，走得慢。運動速度越快，效果越明顯。運動的尺子縮短：一個物體相對于觀察者運動的尺子縮短：一個物體相對于觀察者_時，它的長度測量值最大；相時，它的長度測量值最大；相對于觀察者對于觀察者_時，觀察者在時，觀察者在_方向上觀測，它的長度要縮短，速度越快，方向上觀測，它的長度要縮短，速度越快，縮得越縮得越_。物體質(zhì)量隨速度的物體質(zhì)量隨速度的_而增大。而增大。一樣的一樣的不同時不同時靜止靜止運動運動靜止靜止運動運動運動運動短短增加增加理解概念理解概念判斷以下說法是否正確。判斷以

9、下說法是否正確。(1)時間和空間是嚴密聯(lián)系、不可分割的屬于經(jīng)典時空觀的觀點。時間和空間是嚴密聯(lián)系、不可分割的屬于經(jīng)典時空觀的觀點。( )(2)時間間隔具有相對性。時間間隔具有相對性。( )(3)物體的質(zhì)量永遠不變。物體的質(zhì)量永遠不變。( )(4)物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大。物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大。( )經(jīng)典力學(xué)與相對論的比較經(jīng)典力學(xué)與相對論的比較觀察探究觀察探究如圖如圖1甲，質(zhì)子束被加速到接近光速；如圖甲，質(zhì)子束被加速到接近光速；如圖1乙，中子星是質(zhì)量、密度非常大的星體。乙，中子星是質(zhì)量、密度非常大的星體。請思考：請思考：圖圖1(1)經(jīng)典力學(xué)是否適用于質(zhì)子束的運動規(guī)律？如何研究質(zhì)子束的

10、運動規(guī)律？經(jīng)典力學(xué)是否適用于質(zhì)子束的運動規(guī)律？如何研究質(zhì)子束的運動規(guī)律？(2)經(jīng)典力學(xué)是否適用于中子星的引力規(guī)律？如何研究中子星的引力規(guī)律？經(jīng)典力學(xué)是否適用于中子星的引力規(guī)律？如何研究中子星的引力規(guī)律？答案答案(1)質(zhì)子束的運動屬于高速、微觀范疇，經(jīng)典力學(xué)不再適用，應(yīng)該應(yīng)用狹義質(zhì)子束的運動屬于高速、微觀范疇，經(jīng)典力學(xué)不再適用，應(yīng)該應(yīng)用狹義相對論、量子力學(xué)進展研究。相對論、量子力學(xué)進展研究。(2)中子星的引力規(guī)律屬于強引力范疇，經(jīng)典力學(xué)不再適用，應(yīng)該應(yīng)用廣義相對論中子星的引力規(guī)律屬于強引力范疇，經(jīng)典力學(xué)不再適用，應(yīng)該應(yīng)用廣義相對論進展研究。進展研究。探究歸納探究歸納1.區(qū)別區(qū)別比較項比較項經(jīng)典力

11、學(xué)經(jīng)典力學(xué)相對論相對論形成時期形成時期物理學(xué)形成的初期階段，受歷史發(fā)展物理學(xué)形成的初期階段，受歷史發(fā)展限制，理論較膚淺、片面限制，理論較膚淺、片面形成于物理學(xué)充分發(fā)展的現(xiàn)代，理論較形成于物理學(xué)充分發(fā)展的現(xiàn)代，理論較完善、科學(xué)完善、科學(xué)適用范圍適用范圍低速運動、宏觀世界，弱引力作用低速運動、宏觀世界，弱引力作用任何情況都適用任何情況都適用比較項比較項經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)相對論相對論速度對質(zhì)量的影響速度對質(zhì)量的影響 物體的質(zhì)量不隨其速度的變化而變化物體的質(zhì)量不隨其速度的變化而變化物體的質(zhì)量隨其速度的增加而變大物體的質(zhì)量隨其速度的增加而變大速度的速度的合成合成時間與空間互不相干，關(guān)系式時間與空間互不相干

12、，關(guān)系式v船岸船岸v船水船水v水岸水岸成立成立速度與位移、時間的測量有關(guān)，速度與位移、時間的測量有關(guān)，v船岸船岸v船水船水v水岸水岸不成立不成立2.聯(lián)系聯(lián)系(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。(2)相對論并沒有否認經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是相對論在一定條件下的特殊情形。相對論并沒有否認經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是相對論在一定條件下的特殊情形。試題案例試題案例例例1 (2021汕頭高一檢測汕頭高一檢測)以下說法正確的選項是以下說法正確的選項是()A.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相

13、對論中，物體的質(zhì)量在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的質(zhì)量也不隨運動狀態(tài)而改變也不隨運動狀態(tài)而改變B.狹義相對論和經(jīng)典力學(xué)是完全不同相互矛盾的兩個理論狹義相對論和經(jīng)典力學(xué)是完全不同相互矛盾的兩個理論C.物體高速運動時，物體的運動服從狹義相對論，在低速運動時，物體的運動服從物體高速運動時，物體的運動服從狹義相對論，在低速運動時，物體的運動服從牛頓運動定律牛頓運動定律D.以上說法都是錯誤的以上說法都是錯誤的解析在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的解析在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的質(zhì)量隨物體運動速度的增大

14、而增大，選項質(zhì)量隨物體運動速度的增大而增大，選項A錯誤；狹義相對論沒有否認經(jīng)典力學(xué)，錯誤；狹義相對論沒有否認經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是狹義相對論在一定條件下的特殊情形，選項經(jīng)典力學(xué)是狹義相對論在一定條件下的特殊情形，選項B錯誤；經(jīng)典力學(xué)適用于低錯誤；經(jīng)典力學(xué)適用于低速運動的物體，狹義相對論闡述物體在以接近光速的速度運動時所遵循的規(guī)律，選速運動的物體，狹義相對論闡述物體在以接近光速的速度運動時所遵循的規(guī)律，選項項C正確。正確。答案答案C針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1 (多項選擇多項選擇)牛頓運動定律能適用于以下哪些情形牛頓運動定律能適用于以下哪些情形()A.研究原子中電子的運動研究原子中電子的運動B.研究研究“神

15、舟五號飛船的高速發(fā)射神舟五號飛船的高速發(fā)射C.研究地球繞太陽的運動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研究飛機從北京飛往紐約的航線解析牛頓運動定律只能用于解析牛頓運動定律只能用于“宏觀低速的情形，這里的宏觀低速的情形，這里的“宏觀是相對于微觀粒宏觀是相對于微觀粒子而言的。這里的子而言的。這里的“低速是相對于光速而言的。原子、電子等是微觀粒子，它們低速是相對于光速而言的。原子、電子等是微觀粒子，它們的運動不服從牛頓運動定律，的運動不服從牛頓運動定律，A錯誤，錯誤，B、C、D中各項運動雖然是中各項運動雖然是“高速，但相高速，但相對于光速來說，卻是微缺乏道的，完全可以用牛頓運動定律研

16、究其規(guī)律，對于光速來說，卻是微缺乏道的，完全可以用牛頓運動定律研究其規(guī)律，B、C、D正確。正確。答案答案BCD相對論幾個效應(yīng)的理解相對論幾個效應(yīng)的理解觀察探究觀察探究地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是3104 m/s；如圖；如圖2所示，設(shè)在美國伊利諾伊州費米實驗室所示，設(shè)在美國伊利諾伊州費米實驗室的圓形粒子加速器可以把電子加速到的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度。請思考：倍光速的速度。請思考：圖圖2(1)地球的公轉(zhuǎn)速度在狹義相對論中屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的地球的公轉(zhuǎn)速度在狹義相對論中屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速

17、度呢？速度呢？(2)加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了還是減小了？加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了還是減小了？答案答案(1)狹義相對論的高速是可以與光速相比較的速度，所以地球的公轉(zhuǎn)速度屬狹義相對論的高速是可以與光速相比較的速度，所以地球的公轉(zhuǎn)速度屬于低速，加速后的電子速度屬于高速。于低速，加速后的電子速度屬于高速。(2)物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，所以加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，所以加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了。大了。探究歸納探究歸納1.兩個根本原理兩個根本原理(1)相對性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是一樣的。說明在任何慣性系

18、相對性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是一樣的。說明在任何慣性系中研究某個物體的某一運動過程，其運動規(guī)律形式不變。中研究某個物體的某一運動過程，其運動規(guī)律形式不變。(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一樣。說明了經(jīng)典光速不變原理：不管在哪個慣性系中，測得的真空中的光速都一樣。說明了經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的不同；比較如下：時空觀與相對論時空觀的不同；比較如下： 經(jīng)典時空觀經(jīng)典時空觀相對論時空觀相對論時空觀運動情況運動情況同一運動對不同參考系描述結(jié)同一運動對不同參考系描述結(jié)果不同，即速度不同果不同，即速度不同光在一切慣性參考系中傳向各個方光在一切慣性參考系中傳向各個方向的速度不變向的速度不變時間與空時間與空間的關(guān)系間的關(guān)系時間均勻流逝，空間不變化，時間均勻流逝，空間不變化，與運動情況及外部條件無關(guān)與運動情況及外部條件無關(guān)時間、空間都隨運動情況而改變時間、空間都隨運動情況而改變幾個結(jié)論幾個結(jié)論同時的絕對性同時的絕對性時間間隔的絕對性時間間隔的絕對性空間距離的絕對性空間距離的絕對性物體的質(zhì)量恒定不變物體的質(zhì)量恒定不變同時的相對性同時的相對性運動的時鐘變慢運動的時鐘變慢運動的尺子縮短運動的尺子縮短物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大物體的質(zhì)量隨速度