《学霸笔记 同步精讲》第五章 经典力学的局限性与相对论初步（课件）高中物理教科版必修二

(共32张PPT)
1.经典力学的成就与局限性
2.相对论时空观简介　
3.宇宙的起源和演化　
第五章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.了解经典力学的成就与局限性。
2.了解相对论时空观以及宇宙的起源和演化。
通过学习经典力学的成就与局限性以及相对论时空观、宇宙的起源和演化,形成物理观念。
自主预习 新知导学
一、经典力学的成就与局限性
1.经典力学: 牛顿 在1687年出版的著作《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系。
2.经典力学成就:只用几个基本的概念和原理就可以说明行星和卫星的轨道、开普勒的行星 运动定律、彗星运动、落体 运动、海洋的潮汐、汽车的运动、足球的运动以及宏观世界中人们日常看到的种种运动。
3.经典力学的影响:对社会和文化发展的影响巨大而深远,促进了技术层面的巨大创新。
4.经典力学局限性:经典力学只适用于 宏观 、低速 、弱引力场 ,超出以上范围,经典力学不再适用,要由相对论、量子论等来取代。
二、相对论时空观简介
1.爱因斯坦两个基本假设:一是对不同的 惯性系 ,物理规律(包括力学的和电磁学的)都是一样的;二是光在真空中运动的速度在 任何惯性系 中测得的数值都是相同的。
3.广义相对论
(1)当光线通过强引力场时,光线在引力场中会发生 偏折 。
(2)广义相对论是 数学 与 物理学 相结合的典范。在广义相对论中,时间、空间 、物质 与 运动 是紧密地联系在一起的。
三、宇宙的起源和演化
1.20世纪20年代,天文观测已发现远处的许多星系正在离开我们向远处 退行 ,而且越远的星系退行的速率 越大 ,这一结果使得天文学家推论出宇宙是在膨胀着的。
2.由于宇宙间天体、星际物质等的引力作用,宇宙可能会减缓膨胀,甚至到一定时期重新收缩。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)对于高速物体,它的质量随着速度的增加而变大。(　　)
(2)经典力学不适用于高速运动的物体,但适用于微观世界。(　　)
(3)对于宏观物体的低速运动问题,相对论、量子力学与经典力学是一致的。(　　)
(4)质量是物体的固有属性,任何时候都不会变。(　　)
(5)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的。(　　)
√　
√　
×　
×　
×　
2.根据爱因斯坦的狭义相对论,质量要随着物体运动速度的增大而增大,
即m= 。请讨论:
如果使一个物体加速、加速、再加速,它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗 为什么
提示：由m= 知:当v=c时,m应是无穷大。随着质量的不断增大,产生加速度的力会随着不断增大,使加速越来越困难。因此一个物体不管怎样加速,它的速度不会等于甚至超过光速。
合作探究 释疑解惑
知识点一
经典力学的成就和局限性
【问题引领】
洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s,在此速度下牛顿的经典力学还适用吗 为什么
提示：适用。因为洲际导弹的速度远小于光速。
【归纳提升】
1.现代物理学已经揭示,超出宏观的、日常生活经验的领域,经典力学常常就不适用了。
2.牛顿的绝对时空观认为时间、空间与物质及其运动完全无关,时间与空间也完全无关,它割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系,不能解释高速运动领域的许多客观现象。
3.经典力学认为,一切运动都是连续变化的,能量也是连续变化的,经典力学的运动观虽然给出了一幅机械运动的图景,却不能解释微观世界丰富多彩的现象。
4.经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场的范围,经典力学对v→c、受到很强的引力作用的物体或活动范围在10-10 m以内的微观粒子的运动,不再适用。
画龙点睛 经典力学与相对论、量子力学并不矛盾,相对论、量子力学也没有否定经典力学。经典力学是相对论、量子力学在宏观、低速、弱引力作用条件下的特殊情况。
【典型例题】
【例题1】 (多选)关于经典力学,下列说法正确的是(　　)
A.经典力学是科学家通过探索身边的物体的运动而总结出的运动规律
B.经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功,从地面到天体的运动都服从经典力学的规律,因此,它是完全正确的
C.经典力学不适用于高速、微观领域,而自然界中又不存在惯性系,因此,它是完全错误的
D.经典力学是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段,随着探索的深入、视野的开阔,必然存在不完善的方面
答案：AD
解析：分析时既要看到经典力学的伟大成就,又要注意到经典力学的局限性及适用范围。由于认识水平的局限,科学家最早研究的是身边的事物,经典力学就是科学家通过探索身边事物的运动而总结出的运动规律,A正确。经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功,但随着人们探索的深入、视野的开阔,人们发现经典力学也有局限性,它不适用于高速、微观领域,所以B、C错误,D正确。
误区警告 (1)低速:通常所见物体的运动,如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体。
(2)高速:有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,这样的速度称为高速。
【变式训练1】 (多选)经典力学能适用于下列哪些运动(　　)
A.火箭的发射
B.宇宙飞船绕地球的运动
C.“勇气号”宇宙探测器的运动
D.微观粒子的运动
答案：ABC
解析：经典力学只适用于低速运动,不适用于高速运动,只适用于宏观世界,不适用于微观世界,所以不能适用于微观粒子的运动。
知识点二
相对论
【问题引领】
如图所示,沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速的速度行驶,当铁塔B发出一个闪光,根据相对论,列车上的观测者测得A、C两铁塔是同时被照亮的吗
提示：不是。列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光,由于列车在这段时间内向C运动靠近C,而远离A,所以C的反射光先到达列车上的观察者,看到C先被照亮。
【归纳提升】
1.狭义相对论的基本假设
(1)在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
2.狭义相对论中的主要效应
画龙点睛 长度、时间、质量在相对论中都不再是常数,而是与物体的运动速度相关。
【典型例题】
【例题2】 在静止坐标系中的正立方体边长为l0,另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动。问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少
答案：
科学思维 应用狭义相对论的几点注意
(1)惯性系与非惯性系的确定:我们通常选取大地为惯性系,相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性参考系,相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系。
(2)光的传播速度与惯性系的选取无关。在任何情况下,真空中的光速都是c。
(3)力学规律相对于惯性系来说都是相同的。
【变式训练2】 一人停留在地面上时,其质量为100 kg,当他在宇宙飞船中时,地面上的观察者测得他的质量为101 kg。求飞船的速率。
答案：4.2×107 m/s
解析：根据m=
课堂小结
随堂练习
1.(经典力学适用范围)(多选)下列说法正确的是(　　)
A.经典力学是以牛顿的三大定律为基础的
B.经典力学在任何情况下都适用
C.当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了
D.相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义
答案：AC
解析：牛顿运动定律是经典力学的基础,A正确;经典力学只适用于低速、宏观、弱引力场的范围,B错误,C正确;相对论和量子力学的出现,并没有否定经典力学,只是说经典力学有一定的适用范围,D错误。
2.(经典力学局限性)(多选)关于经典力学的局限性,下列说法正确的是
(　 　)
A.经典力学没有局限性
B.经典力学的应用受到物体运动速度的限制,当物体运动的速度接近于真空中的光速时,经典力学就不适用了
C.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
D.经典力学的时间和空间分离的观点不准确
解析：经典力学仅适用于宏观、低速物体的运动以及弱引力作用时的情况,当物体运动的速度接近于真空中的光速时,经典力学就不再适用了,B对;经典力学无法解释微观领域中物质结构和能量不连续的现象,C对;同样D也对。
BCD
3.(时间延缓效应)有兄弟两个,哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空,经过一段时间返回地球,哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多,则该现象的科学解释是(　　)
A.哥哥在太空中发生了基因突变,停止生长了
B.弟弟思念哥哥而加速生长
C.由相对论可知,物体速度越大,其时间进程越慢,生理进程也越慢
D.这是神话,科学无法解释
答案：C
解析：根据公式τ= 可知,物体的速度越大,其时间进程越慢。
4.(长度收缩效应)假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是(　　)
A.这个人是一个矮胖子
B.这个人是一个瘦高个子
C.这个人矮但不胖
D.这个人瘦但不高
答案：D
解析：由公式l=l0 可知,在运动方向上,人的宽度要减小,在垂直于
运动方向上,人的高度不变。