人教版（2019）物理必修第二册 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课件(共22张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）物理必修第二册 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课件(共22张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-23 20:04:28 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
1.认识同步卫星的特点.
2.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程.
经典力学在人类活动的“正常”范围内是非常准确的。所谓“正常”范围是指：其中遇到的速度远小于光速，尺寸远大于分子但又不比银河系大很多倍，引力也不比地球引力大很多倍。只有在相对论问世之后，我们才开始了解神奇的高速世界、认识变化多彩的星空，奥秘无穷的宇宙才为我们掀开又一层神秘的面纱。
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬．
著名物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天．”
像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”．那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？
19世纪，英国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。人们自然要问：这个速度是相对哪个参考系而言的？
一些物理学家对这个问题进行了研究。在实验研究中， 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。
在牛顿力学理论与电磁波理论的矛盾与冲突面前，一 些物理学家仍坚持原有理论的基础观念，进行一些修补的 工作，而爱因斯坦、庞加莱等人则主张彻底放弃某些与实
验和观测不符的观念，如绝对时间的概念，提出能够更好地解释实验事实的假设。
爱因斯坦假设 ：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的。但是，如果接受了爱因斯坦的两个假设，还是这样吗？
假设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了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁
在爱因斯坦两个假设的基础上，经过严格的数学推导，可以得到下述结果。
如果相对于地面以 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，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，那么两者之间的关系是
（1）式和（2）式表明 ：运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关。
这个结论具有革命性的意义，它所反映的时空观称作相对论时空观。
牛顿力学的成就与局限性
1.经典力学只适用于物体的低速运动（v<2.经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象。
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。
惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，均称为惯性参考系，简称惯性系。(1)所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。(2)所有相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系。经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体；相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。例1.(多选)关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是( )
A．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动
B．狭义相对论只适用于高速运动，不适用于低速运动
C．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动
D．狭义相对论既适用于高速运动，也适用于低速运动
AD
变式训练1.经典力学有一定的局限性和适用范围．下列运动适合用经典力学研究和解释的是( )
A．氢原子内电子的运动
B．飞船绕月球做圆周运动
C．密度很大的中子星附近物体的运动
D．宇宙探测器以接近光速的速度远离地球的运动
B
例2.(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在( )
A.预言和发现了冥王星和海王星
B.水星近日点旋进存在每百年43″的附加值
C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象
D.天体间的引力与半径的平方成反比
BC
变式训练2．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )
A．0.4c B．0.5c
C．0.9c D．c
D
D
1．我国发射的“天链一号01号星”属于地球同步卫星．关于定点后的“天链一号01号星”，下列说法正确的是( )
A．它同时受到万有引力和向心力
B．它“定点”，所以处于静止状态
C．它处于失重状态，不受重力作用
D．它的速度大小不变，但加速度不为零
C
2．现代人们的生活与各类人造卫星应用息息相关，下列关于卫星的说法正确的是( )
A．顺德的正上方可能存在同步卫星
B．地球周围卫星的轨道可以在任意平面内
C．卫星围绕地球转动的速度不可能大于7.9 km/s
D．卫星的轨道半径越大运行速度就越大
3.假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200 km的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400 km，地球同步卫星距地面高为36000 km，宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动，每当两者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻两者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为( )
A．4次 B．6次
C．7次 D．8次
C
4．2011年9月29日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号F”运载火箭将“天宫”一号目标飞行器发射升空，11月初，“神舟”八号飞船也已发射升空，在太空中与“天宫”一号交会对接——这使我国成为世界上第三个掌握空间交会对接技术的国家．关于“神舟”八号与“天宫”一号的对接问题，下列说法正确的是( )
A．先让“神舟”八号与“天宫”一号运行在同一轨道上，然后让“神舟”八号加速，即可实现对接
B．先让“神舟”八号与“天宫”一号运行在同一轨道上，然后让“神舟”八号减速，即可实现对接
C．先让“神舟”八号进入较低的轨道，然后再对其进行加速，即可实现对接
D．先让“神舟”八号进入较高的轨道，然后再对其进行加速，即可实现对接
C
再见
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
1.认识同步卫星的特点.
2.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程.
经典力学在人类活动的“正常”范围内是非常准确的。所谓“正常”范围是指：其中遇到的速度远小于光速，尺寸远大于分子但又不比银河系大很多倍，引力也不比地球引力大很多倍。只有在相对论问世之后，我们才开始了解神奇的高速世界、认识变化多彩的星空，奥秘无穷的宇宙才为我们掀开又一层神秘的面纱。
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬．
著名物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天．”
像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”．那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？
19世纪，英国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。人们自然要问：这个速度是相对哪个参考系而言的？
一些物理学家对这个问题进行了研究。在实验研究中， 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。
在牛顿力学理论与电磁波理论的矛盾与冲突面前，一 些物理学家仍坚持原有理论的基础观念，进行一些修补的 工作，而爱因斯坦、庞加莱等人则主张彻底放弃某些与实
验和观测不符的观念，如绝对时间的概念，提出能够更好地解释实验事实的假设。
爱因斯坦假设 ：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的。但是，如果接受了爱因斯坦的两个假设，还是这样吗？
假设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了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁
在爱因斯坦两个假设的基础上，经过严格的数学推导，可以得到下述结果。
如果相对于地面以 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，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，那么两者之间的关系是
（1）式和（2）式表明 ：运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关。
这个结论具有革命性的意义，它所反映的时空观称作相对论时空观。
牛顿力学的成就与局限性
1.经典力学只适用于物体的低速运动（v<
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。
惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，均称为惯性参考系，简称惯性系。(1)所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。(2)所有相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系。经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体；相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。例1.(多选)关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是( )
A．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动
B．狭义相对论只适用于高速运动，不适用于低速运动
C．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动
D．狭义相对论既适用于高速运动，也适用于低速运动
AD
变式训练1.经典力学有一定的局限性和适用范围．下列运动适合用经典力学研究和解释的是( )
A．氢原子内电子的运动
B．飞船绕月球做圆周运动
C．密度很大的中子星附近物体的运动
D．宇宙探测器以接近光速的速度远离地球的运动
B
例2.(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在( )
A.预言和发现了冥王星和海王星
B.水星近日点旋进存在每百年43″的附加值
C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象
D.天体间的引力与半径的平方成反比
BC
变式训练2．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )
A．0.4c B．0.5c
C．0.9c D．c
D
D
1．我国发射的“天链一号01号星”属于地球同步卫星．关于定点后的“天链一号01号星”，下列说法正确的是( )
A．它同时受到万有引力和向心力
B．它“定点”，所以处于静止状态
C．它处于失重状态，不受重力作用
D．它的速度大小不变，但加速度不为零
C
2．现代人们的生活与各类人造卫星应用息息相关，下列关于卫星的说法正确的是( )
A．顺德的正上方可能存在同步卫星
B．地球周围卫星的轨道可以在任意平面内
C．卫星围绕地球转动的速度不可能大于7.9 km/s
D．卫星的轨道半径越大运行速度就越大
3.假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200 km的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400 km，地球同步卫星距地面高为36000 km，宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动，每当两者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻两者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为( )
A．4次 B．6次
C．7次 D．8次
C
4．2011年9月29日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号F”运载火箭将“天宫”一号目标飞行器发射升空，11月初，“神舟”八号飞船也已发射升空，在太空中与“天宫”一号交会对接——这使我国成为世界上第三个掌握空间交会对接技术的国家．关于“神舟”八号与“天宫”一号的对接问题，下列说法正确的是( )
A．先让“神舟”八号与“天宫”一号运行在同一轨道上，然后让“神舟”八号加速，即可实现对接
B．先让“神舟”八号与“天宫”一号运行在同一轨道上，然后让“神舟”八号减速，即可实现对接
C．先让“神舟”八号进入较低的轨道，然后再对其进行加速，即可实现对接
D．先让“神舟”八号进入较高的轨道，然后再对其进行加速，即可实现对接
C
再见