人教版相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性PPT實(shí)用課件1

1、5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.了解相對(duì)論時(shí)空觀的兩個(gè)基本假設(shè),知道高速世界的時(shí)間延緩、長(zhǎng)度收縮效應(yīng),能應(yīng)用相對(duì)論知識(shí)解釋簡(jiǎn)單的現(xiàn)象。2.了解牛頓力學(xué)的局限性,知道經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀之間的關(guān)系。必備知識(shí)自我檢測(cè)一、牛頓力學(xué)時(shí)空觀(絕對(duì)時(shí)空觀)1.時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。2.速度合成:若河水以相對(duì)于岸的速度v水岸流動(dòng),河中的船以相對(duì)于水的速度v船水順流而下,則船相對(duì)于岸的速度為v船岸=v船水+v水岸。二、相對(duì)論時(shí)空觀1.牛頓力學(xué)理論與電磁波理論的矛盾1887年的邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)等表明:在不同的參考系中,光的傳播速度都一樣:而牛頓力學(xué)中,在不同的參考系中

2、,同一物體的速度不同。必備知識(shí)自我檢測(cè)2.相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)在牛頓力學(xué)理論與電磁波理論的矛盾與沖突面前,愛(ài)因斯坦、龐加萊等人徹底放棄絕對(duì)時(shí)間的概念,提出下列假設(shè):(1)在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是相同的;(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。3.相對(duì)論時(shí)空觀在愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到:(1)時(shí)間延緩效應(yīng)如果相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為,地面上的人觀察到該必備知識(shí)自我檢測(cè)(2)長(zhǎng)度收縮效應(yīng) (3)結(jié)論:運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度(空間距離)和物理過(guò)程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。4.實(shí)

3、驗(yàn)驗(yàn)證(1)高速運(yùn)動(dòng)的子壽命變長(zhǎng),導(dǎo)致在地面附近實(shí)際觀測(cè)到的子的數(shù)量大于經(jīng)典理論作出的預(yù)言。(2)“銫原子鐘”實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)言符合得很好。必備知識(shí)自我檢測(cè)三、牛頓力學(xué)的成就與局限性1.局限性:(1)當(dāng)宏觀物體的速度接近光速時(shí),不服從牛頓力學(xué)規(guī)律。(2)微觀粒子(電子、質(zhì)子、中子等)的運(yùn)動(dòng)不服從牛頓力學(xué)規(guī)律。2.牛頓力學(xué)與相對(duì)論物理學(xué)、量子力學(xué)的關(guān)系(1)牛頓力學(xué)是相對(duì)論物理學(xué)、量子力學(xué)在某些條件下的特殊情形。(2)相對(duì)論與量子力學(xué)都沒(méi)有否定牛頓力學(xué)。當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí),普朗克常量可以忽略不計(jì)時(shí),它們結(jié)論沒(méi)有區(qū)別。必備知識(shí)自我檢測(cè)1.正誤辨析(1)1887年的邁克爾孫莫雷實(shí)驗(yàn)

4、證實(shí)在不同的參考系中,光的傳播速度都是一樣的。()答案:(2)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)沒(méi)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度變化,故狹義相對(duì)論是錯(cuò)誤的。()答案:(3)時(shí)鐘延緩效應(yīng)是低速的時(shí)鐘比高速的時(shí)鐘走得慢。()答案:(4)牛頓力學(xué)適用于低速、宏觀物體。()答案:(5)相對(duì)論時(shí)空觀否定了牛頓力學(xué)時(shí)空觀。()答案:必備知識(shí)自我檢測(cè)2.(多選)關(guān)于狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè),下列說(shuō)法正確的是()A.在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的B.在不同的慣性參考系中,力學(xué)規(guī)律都一樣,電磁規(guī)律不一樣C.真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的D.真空中的光速在不同的慣性參考系中大小是有差別的解析:狹義相對(duì)論的基本假設(shè)有兩個(gè),分別是狹義相

5、對(duì)性原理和光速不變?cè)?選項(xiàng)A、C正確。答案:AC必備知識(shí)自我檢測(cè)3.一支靜止時(shí)長(zhǎng)l的火箭以v的速度從觀察者的身邊飛過(guò)。(1)火箭上的人測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為。(2)觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為。(3)如果火箭的速度為光速的二分之一,觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度應(yīng)為。必備知識(shí)自我檢測(cè)探究一探究二隨堂檢測(cè)對(duì)相對(duì)論中“兩假設(shè)、兩效應(yīng)”的理解情境導(dǎo)引日常生活中我們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)物體的長(zhǎng)度隨著運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生變化,假設(shè)物體以接近光速的速度運(yùn)動(dòng),你認(rèn)為它的長(zhǎng)度變化嗎?要點(diǎn)提示:根據(jù)相對(duì)論時(shí)空觀,物體沿著運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度會(huì)變短。探究一探究二隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納相對(duì)論時(shí)空觀的“兩個(gè)基本假設(shè)”和“兩個(gè)效應(yīng)”的理解1.兩個(gè)假設(shè)(1)在不同

6、的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是相同的。也就是說(shuō),物理學(xué)的定律與慣性系的選擇無(wú)關(guān)。(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。也就是說(shuō),不管光源與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)如何,在任一慣性系中的觀察者所觀測(cè)到的真空中的光速都是相等的。探究一探究二隨堂檢測(cè)2.兩個(gè)效應(yīng)(1)時(shí)間延緩效應(yīng):如果相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人,觀察與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為,那么地面上的人觀察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為t,有理解:(1)對(duì)同一物理過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間,在不同的慣性系中觀測(cè),測(cè)得的結(jié)果不同,時(shí)間延緩效應(yīng)是一種觀測(cè)效應(yīng),不是被測(cè)過(guò)程的節(jié)奏變化了。(2)慣性系速度越大,地面

7、上的人觀測(cè)到的時(shí)間越長(zhǎng)。(3)由于運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的,故在某一參考系中觀測(cè)另一參考系中發(fā)生的物理事件,總會(huì)感到時(shí)間延緩效應(yīng)。即慣性系中的人觀測(cè)地面上發(fā)生的事件的時(shí)間也延緩。探究一探究二隨堂檢測(cè)(2)長(zhǎng)度收縮效應(yīng):如果與桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l0,沿著桿的方理解:(1)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)也是一種觀測(cè)效應(yīng),不是物體本身發(fā)生了收縮。(2)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上,物體不會(huì)發(fā)生收縮效應(yīng)。(3)由于運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的,故在某一參考系中觀測(cè)另一參考系中沿桿方向的長(zhǎng)度,總有長(zhǎng)度收縮效應(yīng)。即在靜止慣性系中的人觀測(cè)運(yùn)動(dòng)的桿,沿桿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度發(fā)生收縮。探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例1(多選)一枚火箭靜止于地面時(shí)長(zhǎng)為30 m,兩個(gè)完全

8、相同的時(shí)鐘分別放在火箭內(nèi)和地面上?；鸺运俣葀飛行,光速為c,下列判斷正確的是()A.若v=0.5c,火箭上的觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度仍為30 mB.若v=0.5c,地面上的觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度仍為30 mC.若v=0.5c,火箭上的觀察者認(rèn)為地面上的時(shí)鐘走得快D.若v=0.5c,地面上的觀察者認(rèn)為火箭上的時(shí)鐘走得慢探究一探究二隨堂檢測(cè)解析:一枚靜止時(shí)長(zhǎng)30 m的火箭以0.5c的速度飛行,根據(jù)相對(duì)論時(shí)空觀得火箭上的人測(cè)得火箭的長(zhǎng)度為30 m,故A正確;根據(jù)長(zhǎng)度的收縮性 得地面上的觀察者測(cè)得火箭的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=26 m,故B錯(cuò)誤;根據(jù)時(shí)間延緩效應(yīng),運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢,而且,運(yùn)動(dòng)速度越大,鐘走得越慢

9、;同時(shí)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的,火箭相對(duì)于地面上的人是運(yùn)動(dòng)的,地面上的人相對(duì)于火箭也是運(yùn)動(dòng)的,所以若v=0.5c,火箭上的觀察者認(rèn)為地面上的時(shí)鐘走得慢,同時(shí)地面上的觀察者認(rèn)為火箭上的時(shí)鐘走得慢,故C錯(cuò)誤,D正確。答案:AD探究一探究二隨堂檢測(cè)規(guī)律方法 相對(duì)論時(shí)空觀有兩個(gè)顯著的效應(yīng),即時(shí)間延緩和長(zhǎng)度收縮,也稱鐘慢和尺縮。可以通俗地理解為:運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢,而且,運(yùn)動(dòng)速度越快,鐘走得越慢,接近光速時(shí),鐘就幾乎停止了;在尺子長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)的尺子比靜止的尺子短,這就是所謂的尺縮效應(yīng),當(dāng)速度接近光速時(shí),尺子縮成一個(gè)點(diǎn)。探究一探究二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練1A、B兩火箭沿同一方向高速飛過(guò)地面上的某處,vA=2vB,在

10、火箭A上的人觀察到的結(jié)果是()A.火箭A上的時(shí)鐘走得最快B.地面上的時(shí)鐘走得最快C.火箭B上的時(shí)鐘走得最快D.火箭B上的時(shí)鐘走得最慢解析:在火箭A上的人看來(lái),地面和火箭B都高速遠(yuǎn)離自己,由 知,在火箭A上的人觀察到的結(jié)果是地面和火箭B上的時(shí)鐘都變慢了,且地面上的時(shí)鐘最慢,因此選項(xiàng)A正確,B、C、D錯(cuò)誤。答案:A探究一探究二隨堂檢測(cè)牛頓力學(xué)的成就與局限性情境導(dǎo)引粒子對(duì)撞機(jī)可以把質(zhì)子加速到接近于光速,如圖所示。經(jīng)典力學(xué)是否適用于質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?如何研究質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?要點(diǎn)提示:不適用。經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng),描述微觀高速粒子的運(yùn)動(dòng)要用到量子力學(xué)。探究一探究二隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論、

11、量子力學(xué)的比較1.區(qū)別(1)經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體;相對(duì)論是愛(ài)因斯坦假設(shè)闡述物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律。(2)經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀世界;量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。探究一探究二隨堂檢測(cè)2.聯(lián)系(1)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí),相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別。(2)當(dāng)另一個(gè)重要常量即“普朗克常量”可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別。(3)相對(duì)論和量子力學(xué)并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué),經(jīng)典力學(xué)是二者在一定條件下的特殊情形。探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例2關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、愛(ài)因斯坦假設(shè)和量子力學(xué),下列說(shuō)法中正確的是()A.愛(ài)因斯坦假設(shè)和經(jīng)典力學(xué)是相互對(duì)立、互不相容的

12、兩種理論B.經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中,經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的特例C.經(jīng)典力學(xué)不僅適用于低速運(yùn)動(dòng),還適用于高速運(yùn)動(dòng)D.不論是宏觀物體,還是微觀粒子,經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的解析:相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué),經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論在一定條件下的特殊情形,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速的領(lǐng)域,不適用于微觀、高速的領(lǐng)域,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案:B探究一探究二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練2以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是()A.低速、宏觀的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題B.高速、微觀的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題C.低速、微觀的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題D.高速、宏觀的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題答案:A探究一探究二隨堂檢測(cè)1.(2020重慶萬(wàn)州期中)經(jīng)典力學(xué)不能適用于下列哪些運(yùn)

13、動(dòng)()A.火箭的發(fā)射B.宇宙飛船繞地球的運(yùn)動(dòng)C.宇宙探測(cè)器在太空的運(yùn)動(dòng)D.電子的波動(dòng)性解析:經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀低速物體,而不適用于微觀高速粒子的運(yùn)動(dòng),故經(jīng)典力學(xué)不適用于電子的波動(dòng)性,選項(xiàng)D正確。答案:D探究一探究二隨堂檢測(cè)2.高速列車(chē)通過(guò)洞口為圓形的隧道,列車(chē)上的司機(jī)對(duì)隧道的觀察結(jié)果為()A.洞口為橢圓形,長(zhǎng)度變短B.洞口為圓形、長(zhǎng)度不變C.洞口為橢圓形、長(zhǎng)度不變D.洞口為圓形,長(zhǎng)度變短解析:根據(jù)尺縮效應(yīng),高速列車(chē)通過(guò)洞口為圓形的隧道時(shí),列車(chē)上的司機(jī)仍然會(huì)觀察到圓形的洞口,但是觀察到的隧道的長(zhǎng)度變短,選項(xiàng)D正確。答案:D探究一探究二隨堂檢測(cè)3.對(duì)于時(shí)空觀的認(rèn)識(shí),下列說(shuō)法正確的是()A.相對(duì)論

14、給出了物體在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律B.相對(duì)論具有普遍性,經(jīng)典物理學(xué)為它在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的特例C.相對(duì)論的出現(xiàn)使經(jīng)典物理學(xué)在自己的適用范圍內(nèi)不再繼續(xù)發(fā)揮作用D.經(jīng)典物理學(xué)建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,它的結(jié)論又受到無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn),因此在任何情況下都適用解析:相對(duì)論給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律,經(jīng)典物理學(xué)為它在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的特例,在自己的適用范圍內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用。選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤,B正確。答案:B探究一探究二隨堂檢測(cè)4.(多選)在地面附近有一高速飛過(guò)的火箭,關(guān)于地面上的人和火箭中的人觀察到的現(xiàn)象中正確的是()A.地面上的人觀察到火箭變短了,火箭上的時(shí)間進(jìn)程變快了B.地面上的人觀察到火箭變短了,火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了C.火