人教版（2019）高中物理必修二 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件（25张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）高中物理必修二 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 课件（25张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-09-21 09:45:37 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
主题五 相对论时空观与牛顿力学的局限性
第七单元 万有引力与宇宙航行
浙江省三门中学
设想人类可以利用飞船以 0.2c 的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？
任务一：探究光速是否能叠加
浙江省三门中学
约6500光年外的蟹状星云是超新星爆发形成的，爆发物质的运动速度大约在1/200倍光速。
中国古代的宋朝对此有关记载是23天。
浙江省三门中学
浙江省三门中学
爱因斯坦假设
（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。
浙江省三门中学
情境：一列火车以速度v相对于地面高速运动，位于火车车厢正中间的光源，某一时刻发出了一个闪光。
①以火车为参考系，火车在运动吗？闪光是否同时到达前壁和后壁？请说明你的理由？
任务二：利用光速不变会导出什么结果
浙江省三门中学
③假设前后壁的距离为2L，你能导出时间差表达式吗？
②以地面为参考系，要判断闪光是否同时到达前、后壁，需要研究谁的运动？
请在导学案上用运动示意图的方式表达它们之间的位移关系并判断闪光是否同时到达前、后壁。
浙江省三门中学
运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体运动状态有关。
（1）时间延缓效应
（2）长度收缩效应
爱因斯坦观点
相对静止
相对静止测
相对运动
相对运动测
浙江省三门中学
科学家碰到一件怪事，请你来解决。有种粒子叫μ子，大多产生于距地面8km的高空，以0.99c的速度飞行，但它的寿命很短，科学家们根据经典理论（低速状态）算出只有3.0μs，所以进一步计算出每秒到达地面的μ子个数，但这个理论数值明显小于实际观察到μ子个数。请你找出原因？
浙江省三门中学
对比维度 学习前观点 学习后观点
光速与参考系
时间、空间与运动状态
观点1：光速与光源运动有关
观点2：光速与观察者的运动有关
观点3：地球和月亮上的观察者测得的太阳光的速度是一样的
观点4：时间是绝对的，在神州十四号上经历的一小时与地面的一小时是一样的
观点5：空间是绝对的，同样的长度，不论谁测量都是一样的
观点6：运动是相对的，所以时间和空间也是相对的
浙江省三门中学
牛顿定律不适用于下列哪些情况( )
A．研究原子中电子的运动
B．研究“嫦娥三号”的高速发射
C．研究地球绕太阳的运动
D．研究飞机从北京飞往纽约的航线
任务三： 归纳牛顿力学的成就与局限性
浙江省三门中学
托勒密
（布鲁诺）
（第谷）
开普勒
哥白尼
牛顿
牛顿力学时空观
相对论时空观
“宇宙大爆炸理论”
拓展
广义相对论
浙江省三门中学
1. 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和后壁，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？
练习
浙江省三门中学
2.一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c(c为真空中的光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是( )
A.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
B.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于
C.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
D.地球上的观测者测得该飞船的长度为24m
牛顿力学在宏观、低速、弱引力的广阔领域取得了巨大的成功
只适用于低速运动，不适用于高速运动
只适用于宏观世界，不适用于微观世界
只适用于弱引力，不适用于强引力。
一、相对论时空观
二、牛顿力学的成就与局限性
（1）时间延缓效应
（2）长度收缩效应
课堂小结
【典例1】以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( )
A．低速、宏观的运动问题
B．高速、微观的运动问题
C．低速、微观的运动问题
D．高速、宏观的运动问题
典例分析
【正确答案】A
【典例2】(多选)以下说法正确的是( )
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变
D．相对论和量子力学否定了经典力学理论
典例分析
【正确答案】BC
【典例3】以对于经典力学理论，下列说法正确的是( )
A．由于相对论、量子理论的提出，经典力学已经过时了
B．经典力学在今天广泛应用，它的正确性无可怀疑，仍是普遍适用的
C．经典力学在历史上起了巨大的作用，随着物理学的发展而逐渐过时，成为一种古老的理论
D．经典力学在宏观低速运动中，引力不太大时适用
典例分析
【正确答案】D
【典例4】对于时空观的认识，下列说法正确的是 ( )
A．相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律
B．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例
C．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用
典例分析
【正确答案】B
【典例5】(多选)在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象正确的是( )
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了
典例分析
【正确答案】BCD
典例分析
【典例6】某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果地球指挥中心希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为
A．0.5c B．0.6c C．0.8c D．0.9c
【正确答案】C
【典例7】一张长、宽均为5 m的宣传画，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以2×108 m/s的速度接近此宣传画，这张画由司机测量高度为多少？长度为多少？
典例分析
【答案】5 m 3.7 m
（牛顿的）《原理》将成为一座永远不朽的深邃智慧的纪念碑，它向我们揭示了最伟大的宇宙定律，是高于（当时）人类一切其他思想产物之上的杰作，这个简单而普遍定律的发现，以它囊括对象之巨大和多样性，给予人类智慧以光荣。
——拉普拉斯
主题五 相对论时空观与牛顿力学的局限性
第七单元 万有引力与宇宙航行
浙江省三门中学
设想人类可以利用飞船以 0.2c 的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？
任务一：探究光速是否能叠加
浙江省三门中学
约6500光年外的蟹状星云是超新星爆发形成的，爆发物质的运动速度大约在1/200倍光速。
中国古代的宋朝对此有关记载是23天。
浙江省三门中学
浙江省三门中学
爱因斯坦假设
（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。
浙江省三门中学
情境：一列火车以速度v相对于地面高速运动，位于火车车厢正中间的光源，某一时刻发出了一个闪光。
①以火车为参考系，火车在运动吗？闪光是否同时到达前壁和后壁？请说明你的理由？
任务二：利用光速不变会导出什么结果
浙江省三门中学
③假设前后壁的距离为2L，你能导出时间差表达式吗？
②以地面为参考系，要判断闪光是否同时到达前、后壁，需要研究谁的运动？
请在导学案上用运动示意图的方式表达它们之间的位移关系并判断闪光是否同时到达前、后壁。
浙江省三门中学
运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体运动状态有关。
（1）时间延缓效应
（2）长度收缩效应
爱因斯坦观点
相对静止
相对静止测
相对运动
相对运动测
浙江省三门中学
科学家碰到一件怪事，请你来解决。有种粒子叫μ子，大多产生于距地面8km的高空，以0.99c的速度飞行，但它的寿命很短，科学家们根据经典理论（低速状态）算出只有3.0μs，所以进一步计算出每秒到达地面的μ子个数，但这个理论数值明显小于实际观察到μ子个数。请你找出原因？
浙江省三门中学
对比维度 学习前观点 学习后观点
光速与参考系
时间、空间与运动状态
观点1：光速与光源运动有关
观点2：光速与观察者的运动有关
观点3：地球和月亮上的观察者测得的太阳光的速度是一样的
观点4：时间是绝对的，在神州十四号上经历的一小时与地面的一小时是一样的
观点5：空间是绝对的，同样的长度，不论谁测量都是一样的
观点6：运动是相对的，所以时间和空间也是相对的
浙江省三门中学
牛顿定律不适用于下列哪些情况( )
A．研究原子中电子的运动
B．研究“嫦娥三号”的高速发射
C．研究地球绕太阳的运动
D．研究飞机从北京飞往纽约的航线
任务三： 归纳牛顿力学的成就与局限性
浙江省三门中学
托勒密
（布鲁诺）
（第谷）
开普勒
哥白尼
牛顿
牛顿力学时空观
相对论时空观
“宇宙大爆炸理论”
拓展
广义相对论
浙江省三门中学
1. 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和后壁，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？
练习
浙江省三门中学
2.一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c(c为真空中的光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是( )
A.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
B.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于
C.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
D.地球上的观测者测得该飞船的长度为24m
牛顿力学在宏观、低速、弱引力的广阔领域取得了巨大的成功
只适用于低速运动，不适用于高速运动
只适用于宏观世界，不适用于微观世界
只适用于弱引力，不适用于强引力。
一、相对论时空观
二、牛顿力学的成就与局限性
（1）时间延缓效应
（2）长度收缩效应
课堂小结
【典例1】以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( )
A．低速、宏观的运动问题
B．高速、微观的运动问题
C．低速、微观的运动问题
D．高速、宏观的运动问题
典例分析
【正确答案】A
【典例2】(多选)以下说法正确的是( )
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变
D．相对论和量子力学否定了经典力学理论
典例分析
【正确答案】BC
【典例3】以对于经典力学理论，下列说法正确的是( )
A．由于相对论、量子理论的提出，经典力学已经过时了
B．经典力学在今天广泛应用，它的正确性无可怀疑，仍是普遍适用的
C．经典力学在历史上起了巨大的作用，随着物理学的发展而逐渐过时，成为一种古老的理论
D．经典力学在宏观低速运动中，引力不太大时适用
典例分析
【正确答案】D
【典例4】对于时空观的认识，下列说法正确的是 ( )
A．相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律
B．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例
C．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用
典例分析
【正确答案】B
【典例5】(多选)在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象正确的是( )
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了
典例分析
【正确答案】BCD
典例分析
【典例6】某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果地球指挥中心希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为
A．0.5c B．0.6c C．0.8c D．0.9c
【正确答案】C
【典例7】一张长、宽均为5 m的宣传画，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以2×108 m/s的速度接近此宣传画，这张画由司机测量高度为多少？长度为多少？
典例分析
【答案】5 m 3.7 m
（牛顿的）《原理》将成为一座永远不朽的深邃智慧的纪念碑，它向我们揭示了最伟大的宇宙定律，是高于（当时）人类一切其他思想产物之上的杰作，这个简单而普遍定律的发现，以它囊括对象之巨大和多样性，给予人类智慧以光荣。
——拉普拉斯