2022-2023学年高中物理 人教版2019必修第二册 同步教案 课时7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
文档属性
| 名称 | 2022-2023学年高中物理 人教版2019必修第二册 同步教案 课时7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 100.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-18 20:22:08 | ||
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文档简介
第七章 万有引力与宇宙航行
课时7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
1.了解绝对时空观。
2.知道狭义相对论的两个基本假设。
3.理解时间延缓效应和长度收缩效应。
4.了解牛顿力学的成就与局限性。
一、绝对时空观
时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的，即时间、空间的特性与物质及其运动完全无关，时间与空间之间也完全没有联系。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。这与我们的日常经验十分吻合。
二、相对论时空观
1.爱因斯坦的两个假设
(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
2.时间延缓效应
(1)经典物理学认为:某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的。
(2)相对论的时空观:某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的。
设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的两事件的时间间隔，Δt表示相对事件发生地以速度v高速运动的参考系中观测的同样两事件的时间间隔，它们之间的关系是Δt=。
3.长度收缩效应
(1)经典的时空观:一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。
(2)相对论的时空观:长度也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。
与杆相对静止的人测得杆长为l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l=l0。
三、牛顿力学的成就与局限性
1.牛顿力学的成就
(1)经典力学(又叫牛顿力学)的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬。
(2)牛顿力学在日常生活领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力。
2.牛顿力学的局限性
(1)牛顿力学只适用于低速运动，不适用于高速运动。对于低速运动问题，一般用牛顿力学来处理;对于高速运动问题，需要用相对论知识来处理。
(2)牛顿力学只适用于宏观世界，不适用于微观世界。在微观世界，电子、质子、中子等微观粒子，不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。而量子力学能很好地描述微观粒子运动的规律。
基础过关练
题组一 相对论时空观
1.(2022云南昆明一中期中)如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光飞行的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为 ( )
A.c+v，c-v
B.c，c
C.c-v，c+v
D.无法确定
2.(2022江苏连云港东海期中)如图所示，一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁、后壁，那么按照火车上人的测量，闪光 ( )
A.先到达前壁 B.先到达后壁
C.同时到达前后壁 D.无法确定
3.(2021江苏南通如皋质检)A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v1和v2朝同一方向飞行的两个火箭上，且v1A.A时钟 B.B时钟
C.C时钟 D.无法确定
4.(2021江苏苏州常熟期中)如图所示，惯性系S中有一棱长为L的正方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察，则该正方体的形状是 ( )
A B
C D
题组二 牛顿力学的成就与局限性
5.(2022广东深圳外国语学校期中)下列说法正确的是 ( )
A.经典力学能够说明微观粒子的运动规律
B.对于宏观物体的高速运动，经典力学适用
C.相对论与量子力学的出现，说明经典力学已失去意义
D.经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的物体
6.(2021上海嘉定期末)经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是 ( )
A.2.5×10-1 m/s B.2.5×102 m/s
C.2.5×105 m/s D.2.5×108 m/s
7.(2021北京丰台期中)下列运动中，牛顿运动定律适用的是 ( )
A.原子中电子的运动
B.高能粒子(速度较大)进一步加速
C.粒子接近光速的运动
D.嫦娥五号探测器的运动
答案全解全析
基础过关练
1.B 根据狭义相对论中的光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，可知两火箭上的观察者测出的光速都是c，选B。
2.A 地面上的人以地面为参考系，光向前、向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源发出闪光时，点光源到火车前壁的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前、向后传播的速度大小相等，点光源发出闪光时，点光源到火车前壁的距离小，闪光先到达前壁，故A正确。
3.A 根据公式Δt=可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢，C时钟相对于观察者的速度最大，所以C走得最慢。地面上的观察者认为地面上的时钟A走得最快，故A符合题意，B、C、D不符合题意。
4.D 根据相对论时空观的长度收缩效应可知，沿x轴方向正方体棱长缩短，而沿y轴和z轴方向正方体棱长没有改变，故D正确，A、B、C错误。
5.D 经典力学适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的物体，故A、B错误，D正确；相对论和量子力学并没有否定经典力学，故C错误。
6.D 经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，物体的速度接近光速c=3×108 m/s时，经典力学不再适用，故选D。
7.D 牛顿运动定律适用于宏观物体、低速运动，不适用于微观物体、高速运动，只有嫦娥五号探测器的运动，牛顿运动定律是适用的，其他三项均不适用，故选D。
课时7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
1.了解绝对时空观。
2.知道狭义相对论的两个基本假设。
3.理解时间延缓效应和长度收缩效应。
4.了解牛顿力学的成就与局限性。
一、绝对时空观
时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的，即时间、空间的特性与物质及其运动完全无关，时间与空间之间也完全没有联系。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。这与我们的日常经验十分吻合。
二、相对论时空观
1.爱因斯坦的两个假设
(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
2.时间延缓效应
(1)经典物理学认为:某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的。
(2)相对论的时空观:某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的。
设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的两事件的时间间隔，Δt表示相对事件发生地以速度v高速运动的参考系中观测的同样两事件的时间间隔，它们之间的关系是Δt=。
3.长度收缩效应
(1)经典的时空观:一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。
(2)相对论的时空观:长度也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。
与杆相对静止的人测得杆长为l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l=l0。
三、牛顿力学的成就与局限性
1.牛顿力学的成就
(1)经典力学(又叫牛顿力学)的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬。
(2)牛顿力学在日常生活领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力。
2.牛顿力学的局限性
(1)牛顿力学只适用于低速运动，不适用于高速运动。对于低速运动问题，一般用牛顿力学来处理;对于高速运动问题，需要用相对论知识来处理。
(2)牛顿力学只适用于宏观世界，不适用于微观世界。在微观世界，电子、质子、中子等微观粒子，不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。而量子力学能很好地描述微观粒子运动的规律。
基础过关练
题组一 相对论时空观
1.(2022云南昆明一中期中)如图，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光飞行的；火箭A是“迎着”光飞行的。若火箭相对地面的速度均为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为 ( )
A.c+v，c-v
B.c，c
C.c-v，c+v
D.无法确定
2.(2022江苏连云港东海期中)如图所示，一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁、后壁，那么按照火车上人的测量，闪光 ( )
A.先到达前壁 B.先到达后壁
C.同时到达前后壁 D.无法确定
3.(2021江苏南通如皋质检)A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v1和v2朝同一方向飞行的两个火箭上，且v1
C.C时钟 D.无法确定
4.(2021江苏苏州常熟期中)如图所示，惯性系S中有一棱长为L的正方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察，则该正方体的形状是 ( )
A B
C D
题组二 牛顿力学的成就与局限性
5.(2022广东深圳外国语学校期中)下列说法正确的是 ( )
A.经典力学能够说明微观粒子的运动规律
B.对于宏观物体的高速运动，经典力学适用
C.相对论与量子力学的出现，说明经典力学已失去意义
D.经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的物体
6.(2021上海嘉定期末)经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是 ( )
A.2.5×10-1 m/s B.2.5×102 m/s
C.2.5×105 m/s D.2.5×108 m/s
7.(2021北京丰台期中)下列运动中，牛顿运动定律适用的是 ( )
A.原子中电子的运动
B.高能粒子(速度较大)进一步加速
C.粒子接近光速的运动
D.嫦娥五号探测器的运动
答案全解全析
基础过关练
1.B 根据狭义相对论中的光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，可知两火箭上的观察者测出的光速都是c，选B。
2.A 地面上的人以地面为参考系，光向前、向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源发出闪光时，点光源到火车前壁的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前、向后传播的速度大小相等，点光源发出闪光时，点光源到火车前壁的距离小，闪光先到达前壁，故A正确。
3.A 根据公式Δt=可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢，C时钟相对于观察者的速度最大，所以C走得最慢。地面上的观察者认为地面上的时钟A走得最快，故A符合题意，B、C、D不符合题意。
4.D 根据相对论时空观的长度收缩效应可知，沿x轴方向正方体棱长缩短，而沿y轴和z轴方向正方体棱长没有改变，故D正确，A、B、C错误。
5.D 经典力学适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的物体，故A、B错误，D正确；相对论和量子力学并没有否定经典力学，故C错误。
6.D 经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，物体的速度接近光速c=3×108 m/s时，经典力学不再适用，故选D。
7.D 牛顿运动定律适用于宏观物体、低速运动，不适用于微观物体、高速运动，只有嫦娥五号探测器的运动，牛顿运动定律是适用的，其他三项均不适用，故选D。