5/5第5節(jié)相對論時空觀與牛頓力學的局限性(強基課逐點理清物理觀念)課標要求層級達標1.知道牛頓力學的局限性,體會人類對自然界的探索是不斷深入的。2.初步了解相對論時空觀。學考層級1.知道牛頓力學只適用于低速、宏觀物體的運動。2.知道相對論、量子力學有助于人類認識高速、微觀領域。3.知道愛因斯坦的兩個假設。4.知道時間延緩效應和長度收縮效應。選考層級1.了解愛因斯坦的兩個假設,知道牛頓力學的局限性。2.能對時間延緩效應和長度收縮效應問題進行分析。逐點清(一)相對論時空觀[多維度理解]1.電磁波與光速英國物理學家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預言了的存在,并證明電磁波的傳播速度等于。1887年的邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明:在不同的參考系中,光的傳播速度都是的。

2.絕對時空觀:時間與空間都是獨立于物體及其而存在的,也叫牛頓力學時空觀。

3.愛因斯坦的假設(1)在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是的。

(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是的。

4.慣性系和非慣性系(1)牛頓運動定律能夠成立的參考系為慣性系,相對于這個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。(2)牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系。5.時間延緩效應:Δt=。

6.長度收縮效應:l=。

7.相對論時空觀:運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的有關。

8.相對論時空觀與經(jīng)典力學的比較項目經(jīng)典力學相對論時空觀“同時”的相對性如果兩個事件在一個參考系中是同時的,在另一個參考系中一定也是同時的在一個參考系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件,在另一個參考系中不一定是同時的時間間隔的相對性某兩個事件,在不同的慣性參考系中觀察,它們的時間間隔總是相同的某兩個事件,在不同的慣性參考系中觀察,它們的時間間隔是不相同的長度的相對性一根桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同“長度”也具有相對性,一根沿自身長度方向運動的桿,其長度總比靜止時的小[全方位練明]1.1905年愛因斯坦提出了狹義相對論,狹義相對論的出發(fā)點是以兩條基本假設為前提的,這兩條基本假設是()A.同時的絕對性與同時的相對性B.運動的時鐘變慢與運動的尺子縮短C.時間間隔的絕對性與空間距離的絕對性D.相對性原理與光速不變原理2.(2023·廣東1月學考)地面上的觀察者測得真空中的光速為v1,在勻速直線運動的列車內,觀察者測得真空中的光速為v2,根據(jù)狹義相對論,下列判斷正確的是()A.v1>v2 B.v1<v2C.v1=v2 D.無法確定3.(2024·武漢高一檢測)假設地面上有一火車以接近光速的速度運行,其內站立著一個中等身材的人,站在路旁的人觀察車里的人,觀察的結果是()A.這個人是一個矮胖子B.這個人是一個瘦高個子C.這個人矮但不胖D.這個人瘦但不高4.(多選)用相對論的觀點判斷下列說法正確的是()A.時間和空間都是絕對的,在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度都不會改變B.在地面上的人看來,以10km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變快,但飛船中的航天員卻認為時鐘是準確的C.在地面上的人看來,以10km/s的速度垂直地面向上運動的飛船在運動方向上會變短,而飛船中的航天員卻感覺地面上的人看起來比飛船中的人扁一些D.當物體運動的速度v遠小于c時,長度收縮效應和時間延緩效應都可以忽略不計逐點清(二)牛頓力學的成就與局限性[多維度理解]1.牛頓力學的成就:牛頓力學的基礎是,的建立與應用更是確立了人們對牛頓力學的尊敬。從地面上物體的運動到天體的運動,都服從的規(guī)律。

2.牛頓力學的局限性電子、質子、中子等,它們不僅具有粒子性,同時還具有,它們的運動規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學來說明。

3.牛頓力學的適用范圍只適用于低速運動,不適用于高速運動;只適用于宏觀世界,不適用于微觀世界。4.低速與高速的理解(1)低速:通常所見物體的運動,如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動物體。(2)高速:有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近,這樣的速度稱為高速。5.牛頓力學與相對論、量子力學的比較牛頓力學(經(jīng)典力學)相對論、量子力學區(qū)別(1)牛頓力學適用于低速運動的物體(2)牛頓力學適用于宏觀世界(3)牛頓力學在弱引力的情況下與實驗結果符合得很好(1)相對論闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律(2)量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律(3)相對論能夠解釋強引力情況下的作用規(guī)律聯(lián)系(1)當物體的運動速度遠小于光速時,相對論物理學與牛頓物理學的結論沒有區(qū)別(2)當另一個重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計時,量子力學和牛頓力學的結論沒有區(qū)別(3)相對論和量子力學并沒有否定牛頓力學,牛頓力學是二者在一定條件下的特殊情形[全方位練明]1.判斷下列說法是否正確。(1)火車提速后,有關速度問題不能用牛頓力學來處理。()(2)宏觀物體在低速運動時,相對論與經(jīng)典力學的結論是一致的。()(3)在牛頓力學的適用范圍內,運動的時鐘和靜止的時鐘快慢相同。()(4)電子在原子核外的運動規(guī)律不能用牛頓力學來解釋。()2.經(jīng)典力學只適用于“宏觀世界”,這里的“宏觀世界”是指()A.行星、恒星、星系等巨大的物質領域B.地球表面上的物質世界C.人眼能看到的物質世界D.不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質世界3.(多選)來自中國的量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”從太空發(fā)出兩道紅色的光,射向青海德令哈站與千公里外的云南麗江高美古站,首次實現(xiàn)人類歷史上第一次距離達“千公里級”的量子密鑰分發(fā)。下列說法正確的是()A.牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規(guī)律B.牛頓力學適用于描述光子的運動規(guī)律C.量子力學可以描述“墨子號”發(fā)出的“兩道紅色的光”的運動規(guī)律D.量子力學的發(fā)現(xiàn)說明牛頓力學已失去了實用價值第5節(jié)相對論時空觀與牛頓力學的局限性逐點清(一)[多維度理解]1．電磁波光速c一樣2.運動3.(1)相同(2)相同5.eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))6.l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)7.運動狀態(tài)[全方位練明]1．選D狹義相對論的兩個基本假設是相對性原理和光速不變原理，故D正確。2．選C根據(jù)狹義相對論光速不變原理，光在真空中總是以確定的速度傳播，速度的大小同光源的運動狀態(tài)和觀察者所處的慣性系無關，可知v1＝v2。故選C。3．選D取路旁的人為慣性參考系，車上的人相對于路旁的人高速運動，根據(jù)長度收縮效應，人在運動方向上將變窄，但在垂直于運動方向上沒有發(fā)生變化，所以這個人瘦但不高，故D正確。4．選CD根據(jù)相對論可知，時間和空間都是相對的，沒有絕對準確的時間和空間，A錯誤；由Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v2,c2)))知，在地面上看以10km/s的速度運動的時鐘，發(fā)現(xiàn)運動的時鐘會變慢，B錯誤；由l＝l0eq\r(1－\f(v2,c2))可知在地面上的人看來，以10km/s的速度垂直地面向上運動的飛船在運動方向上會變短，而飛船中的航天員卻感覺地面上的人看起來比飛船中的人扁一些，C正確；由時間延緩效應公式和長度收縮效應公式可知，當v遠小于c時，時間延緩效應和長度收縮效應都可以忽略不計，D正確。逐點清(二)[多維度理解]1．牛頓運動定律萬有引力定律牛頓力學2.微觀粒子波動性[全方位練明]1．(1)×(2)√(3)√(4)√2．選D前三個選項說的都屬于“宏觀世界”，但都很片面，沒有D選項描述的全面，故選D。3．選AC牛頓力學可以用來描述宏觀低速運動問題，故牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規(guī)律，故A正