人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性评课ppt课件

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5　相对论时空观与牛顿力学的局限性
知识点一　绝对时空观(牛顿力学时空观)
答案:空间和时间都独立于物体及其运动而存在.时间和空间是两个独立的观念,彼此间没有联系.通俗地说就是时间、长度和质量这三者都与参考系的选取无关.
阅读教材,简要说明绝对时空观的基本观点.
知识点二　相对论时空观
阅读教材,完成下列问题.1.绝对时空观: 与 都是独立于物体及其运动而存在的.绝对时空观也叫牛顿力学时空观年的 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 .
3.爱因斯坦假设:在不同的 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 的.4.时间延缓效应关系式: .该式表明:运动物体的物理过程的快慢(时间进程)与物体的 有关.5.长度收缩效应关系式: .该式表明:运动物体的长度(空间距离)与物体的 有关.
知识点三　牛顿力学的成就与局限性
1.牛顿力学的基础是 , 的建立与应用更是确定了人们对牛顿力学的尊敬.在宏观物体做低速运动的广阔领域,牛顿力学与实际相符合,显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力.
2.当物体的运动速度 时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别;当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时,量子力学和 的结论没有区别.
1.洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s,这一速度属于相对论中的高速.(　　)2.在牛顿力学中,长度的测量与参考系的运动情况无关.(　　)3.在相对论中,运动的时钟和静止的时钟快慢相同.(　　)4.对于宏观物体的低速运动问题,相对论、量子力学与牛顿力学是一致的.(　　)5.牛顿力学不适用于高速运动的物体,但适用于微观世.(　　)
1.仔细分析两个观点的表达式,思考什么情况下速度引起的相对论效应比较明显.
答案:物体在高速(接近光速)运动时,相对论效应比较明显,不可以忽略;低速运动时不明显,可以忽略.
答案:证据1:高速运动的μ子寿命变长这一现象,用经典理论无法解释,用相对论时空观可得到很好的解释.这一研究结果成了相对论时空观的最早证据.证据2:在地面上将四只铯原子钟调整同步,然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行,一架向东飞,另一架向西飞.两架飞机各绕地球飞行一周后回到地面,与留在地面上的铯原子钟进行比较.实验结果与相对论的理论预言符合得很好,这是1971年进行的宏观验证.
3.在牛顿力学和相对论中,位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别?
答案:在牛顿力学中,同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的;在相对论中,同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的.
1.对相对论效应的理解.(1)时间延缓效应是一种观测效应,不是时钟走快了或走慢了,也不是被观测过程的节奏变化了.(2)长度收缩效应也是一种观测效应,不是物体本身发生了收缩.另外,在垂直于运动方向上不发生长度收缩效应.
2.对爱因斯坦两个假设的理解.爱因斯坦假设包含两个原理:(1)相对性原理.在某一个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理规律,在其他一切惯性系中对该系统该过程做出描述的物理规律皆保持形式不变.例如,在地面上观测,上抛小球的运动遵循动能定理,那么在匀速飞行的飞机上观测,上抛小球仍遵循同样形式的动能定理.(2)光速不变原理.在一切惯性系中观测真空中传播的光,其传播速度均为c,与光源或观察者的运动无关.这一结论实际上已被大量的实验证实.比如在真空环境中,静止在匀速行驶列车中的观察者与静立于地面的观察者,测得手电发出的光波的速度大小都是c.
【典例1】(多选)设某人在以速度0.5c飞行的飞船上打开一个光源,则下列说法正确的是(　　)A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c
解析:根据光速不变原理,在一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c都是一样的,故选项C、D正确.
探究二　牛顿力学的成就与局限性
地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s,粒子对撞机(如图所示)可以把质子加速到接近于光速.
1.地球的公转速度在相对论中属于低速还是高速?被加速后的质子的速度呢?
答案:地球公转速度属于低速,被加速后的质子的速度接近光速,属于高速.
2.应该选用哪种理论研究地球的公转和被加速后的质子的运动?
答案:研究地球的公转运动应选用牛顿力学,研究高速粒子的运动应选用相对论.
牛顿力学与相对论、量子力学的比较.
(1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别.(2)当另一个重要常数即普朗克常量可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区别.(3)相对论和量子力学并没有否定牛顿力学,牛顿力学是二者在一定条件下的特殊情形.
【典例2】关于牛顿力学、相对论和量子力学,下列说法正确的是(　　)A.相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论B.牛顿力学包含于相对论之中,牛顿力学是相对论的特例C.牛顿力学只适用于宏观物体的运动,量子力学只适用于微观粒子的运动D.不论是宏观物体,还是微观粒子,牛顿力学和量子力学都是适用的
解析:相对论没有否定牛顿力学,牛顿力学是相对论在一定条件下的特殊情形,选项A错误,选项B正确.牛顿力学适用于宏观、低速的领域,不论是宏观物体还是微观粒子,量子力学都是适用的,选项C、D错误.
理解相对论和量子力学的两点注意(1)相对论和量子力学不是科学家的主观臆想,是经过实验证实的,相对论和量子力学所描述的现象分别是高速世界和微观世界确定存在的事实.(2)理解相对论和量子力学需要增强对高速世界、微观世界的感性认识,跳出已有的对低速、宏观领域的固有思维和认识.
1.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.这个人瘦但身高中等
2.关于牛顿力学,下列说法正确的是(　　)A.仅适用于微观粒子的运动B.适用于宏观物体的低速运动C.牛顿力学中,物体的质量与其运动速度有关D.牛顿力学中,物体的长度与其运动速度有关
3.关于牛顿力学和量子力学,下列说法正确的是(　　)A.不论是对宏观物体还是微观粒子,牛顿力学和量子力学都是适用的B.量子力学适用于宏观物体的运动,牛顿力学适用于微观粒子的运动C.牛顿力学适用于宏观物体的运动,量子力学适用于微观粒子的运动D.上述说法都是错误的
4.A、B、C是三个完全相同的时钟,A放在地面上,B、C分别放在两个火箭上,以速度vB和vC朝同一方向飞行,vB>vC.在地面上的人看来,关于时钟走的快慢的说法正确的是(　　)A.B钟走得最快,C钟走得最慢B.A钟走得最快,C钟走得最慢C.C钟走得最快,B钟走得最慢D.A钟走得最快,B钟走得最慢