資源簡介

第1節　經典力學的成就與局限性
第2節　相對論時空觀簡介
第3節　宇宙的起源和演化
學習目標　1.知道牛頓的絕對時空觀。2.了解牛頓力學取得的巨大成就和牛頓力學的局限性。3.知道牛頓力學的適用范圍。4.知道愛因斯坦的兩條假設。5.了解事件的延緩性和長度收縮效應、時空彎曲。
知識點一　經典力學的成就與局限性
經典力學
1.經典力學的成就
(1)牛頓在1687年出版的著作《____________________》中建立了一個完整的力學理論體系。經典力學能夠解釋宏觀世界中人們看到的種種運動。
(2)經典力學的思想方法不僅影響到________和________領域，也影響到________、________、________等領域，對社會和文化的發展產生巨大影響。
(3)經典力學促進了技術層面的巨大創新，________的發明和改進，推動了第一次工業革命，使人類由農業文明走向工業文明。
2.經典力學的局限性
(1)經典力學不適用于高速運動的物體。
(2)牛頓運動定律和萬有引力定律不適用于受到很________引力作用的物體的運動。
(3)由于微觀領域內的微觀粒子的運動充滿了________性和________性，經典力學不適用。
例1 關于經典力學，下列說法錯誤的是(　　)
A.由于相對論、量子力學的提出，經典力學已經被完全否定
B.經典力學可看作相對論、量子力學在一定條件下的特殊情形
C.經典力學在宏觀物體、低速運動、引力不太大時適用
D.經典力學對高速運動的微觀粒子不適用
聽課筆記__________________________________________________________
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經典力學只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題；經典力學只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子；經典力學只適用于解決弱引力問題，不能用來處理強引力問題。
(1)低速：就是指運動速度遠小于真空中的光速。
(2)高速：就是指運動速度接近于真空中的光速。
訓練1 下列物體的運動，不能用經典力學描述的是(　　)
A.“復興”號列車高速行駛
B.電子以接近光的速度運動
C.神舟十號飛船在軌道上運行
D.“遼寧”號航空母艦在大海上航行
知識點二　相對論時空觀　宇宙中的起源和進化
1.狹義相對論的主要內容
(1)同時的相對性
相隔一定距離發生的兩件事，在一個參考系中觀測是____________發生的，在相對于此參考系____________的另一個參考系中觀測就可能________同時，而是一先一后發生的。
(2)運動時鐘變慢
①狹義相對論的時間變換公式：τ＝________________。
②同樣的兩件事，在它們發生于同一地點的參考系內所經歷的時間________；在其他參考系內觀測，這段時間要________些。
(3)長度的相對性
①狹義相對論的長度變換公式：l＝________________。
②一根尺子在運動時的長度總要比它靜止時的長度____________，這一現象常通俗地稱為“動尺收縮”。
(4)相對論質量和能量
①質能方程E＝____________(c是光在真空中的速率)。
②質量m與運動速率v的關系：m＝________________，其中m0是v＝________時物體的質量，稱為________。
2.廣義相對論點滴
(1)當光線通過強引力場時，光線在引力場中會發生________。
(2)廣義相對論是________與________相結合的典范。在廣義相對論中，時間、____________、________與________是緊密地聯系在一起的。
3.宇宙的起源和演化
(1)宇宙的起源
物理學家伽莫夫把宇宙膨脹與粒子反應理論結合起來，提出____________假說。
(2)宇宙的未來
大爆炸理論能夠解釋很多客觀事實，是一種相對真理，但還沒有完全成熟，會不斷受到檢驗、修正和補充，也不能排除需要作重大修改的可能性。
例2 (粵教版教材P137T4改編)如圖所示，強強乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強強向壯壯發出一束光進行聯絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為(　　)
A.0.4c B.0.5c
C.0.9c D.1.0c
聽課筆記_________________________________________________________
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例3 慣性系S中有一邊長為l的正方形，從相對S系沿x方向以接近光速飛行的飛行器上測得該正方形的圖像是(　　)
聽課筆記___________________________________________________________
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訓練2 如圖所示，假設一根10 cm長的梭鏢以接近光速的速度穿過一根10 cm長的靜止的管子，它們的長度都是在靜止狀態下測量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過管子情況的是(　　)
A.靜止的觀察者看到梭鏢收縮變短，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢
B.靜止的觀察者看到梭鏢變長，因此在某個位置，梭鏢從管子的兩端伸出來
C.靜止的觀察者看到兩者的收縮量相等，因此在某個位置，管子仍恰好遮住梭鏢
D.如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，則二者的相對速度是2c
訓練3 如圖所示，有三個完全相同的時鐘，時鐘A放在地面上，時鐘B、C分別放在兩個火箭上，兩個火箭分別以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC，對于地面上的觀察者來說，以下說法中正確的是(　　)
A.時鐘A走得最慢 B.時鐘B走得最慢
C.時鐘C走得最慢 D.時鐘C走得最快
隨堂對點自測
1.(經典力學的局限性)下列運動不能用經典力學解釋的是(　　)
A.火箭攜帶衛星飛向太空
B.電子以接近光速的速度運動
C.戰斗機從遼寧號航母上起飛
D.高鐵列車從鹽城向北京飛馳
2.(經典力學的局限性)美國科學家2016年2月11日宣布，他們探測到引力波的存在。引力波是實驗驗證愛因斯坦相對論的最后一塊缺失的“拼圖”，相對論在一定范圍內彌補了經典力學的局限性。關于經典力學，下列說法正確的是(　　)
A.經典力學完全適用于宏觀低速運動
B.經典力學取得了巨大成就，是普遍適用的
C.隨著物理學的發展，經典力學將逐漸成為過時的理論
D.由于相對論、量子論的提出，經典力學已經失去了它的應用價值
3.(相對論的時空觀)如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C，假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發出一個閃光，列車上的觀察者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(　　)
A.同時被照亮 B.A先被照亮
C.C先被照亮 D.無法判斷
4.(相對論的時空觀)某考生現在正在完成100分鐘的期末物理考試，假設一艘飛船相對該考生以0.3c的速度勻速飛過(c為真空中的光速)，則飛船上的觀察者根據相對論認為該考生考完這場考試所用時間(　　)
A.大于100分鐘 B.等于100分鐘
C.小于100分鐘 D.不能確定
5.(相對論的時空觀)如果真空中的光速c＝3.0×108 m/s，當一個物體的運動速度為v1＝2.4×108 m/s時，質量為3 kg。當它的速度為v2＝1.8×108 m/s時，質量為多少？
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第1節　經典力學的成就與局限性
第2節　相對論時空觀簡介
第3節　宇宙的起源和演化
知識點一
1.(1)自然哲學的數學原理　(2)化學　生物學　藝術　政治　哲學　(3)蒸汽機　2.(2)強　(3)不確定　離散
例1 A　[相對論、量子力學的提出，沒有否定經典力學，只是對力學的完善；經典力學是相對論、量子力學在低速、宏觀狀態下的特殊情形，對于高速、微觀的情形經典力學不適用，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學。故A符合題意。]
訓練1 B　[經典力學適用于低速、宏觀的物體，不適用于高速、微觀的物體，故電子以接近光的速度運動時不能用經典力學描述，列車的行駛、飛船的運行以及航空母艦在大海上航行都能用經典力學描述，故B正確，A、C、D錯誤。]
知識點二
1.(1)同時　運動　不是　(2)①　②最短　長　
(3)①l0　②小　(4)①mc2　②　0　靜質量　
2.(1)偏折　(2)數學　物理　空間　物質　運動　3.(1)宇宙大爆炸
例2 D　[根據光速不變原理，在一切慣性參考系中測量到的真空中的光速c都一樣，而壯壯所處參考系即為慣性參考系，因此壯壯觀察到的光速為1.0c，選項D正確。]
例3 C　[由相對論知識可知運動方向上的邊長變短，即x軸方向的邊長變短，垂直運動方向的邊長不變，即y軸方向的邊長不變，故C正確。]
訓練2 A　[梭鏢相對于靜止的觀察者高速運動，根據相對論的長度收縮效應可知，梭鏢長度收縮變短，而管子相對于觀察者是靜止的，同理知管子長度不變，所以靜止的觀察者看到梭鏢長度收縮變短，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢，故A正確，B、C錯誤；如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，根據光速不變原理知，二者的相對速度是c，故D錯誤。]
訓練3 C　[根據相對論的時空觀，運動的時鐘變慢，時鐘C的速度最大，時針C走得最慢，C正確，A、B、D錯誤。]
隨堂對點自測
1.B　[經典力學適用范圍是宏觀、低速、弱引力，故A、C、D可以用經典力學解釋，A、C、D錯誤；B中電子速度接近光速，屬于高速運動，不能用經典力學解釋，B正確。]
2.A　[經典力學完全適用于宏觀低速運動的物體，宏觀物體是相對于微觀粒子而言的，故A正確；經典力學取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍適用的，故B錯誤；在微觀高速情況下，要用量子力學和相對論來解釋，但是并不會因為相對論和量子力學的出現，就否定了經典力學，經典力學仍然是正確的，不會過時也不會失去價值，故C、D錯誤。]
3.C　[列車上的觀察者看到的是由B發出后經過A和C反射的光，由于列車在這段時間內向C運動，靠近C而遠離A，所以C的反射光先到達列車上的觀察者，觀察者測得C先被照亮，故C正確。]
4.A　[根據狹義相對論可知，飛船相對該考生以0.3c的速度勻速飛過時，飛船上的觀察者認為該考生考完這場考試所用的時間t＝>t0，即飛船上的觀察者認為該考生考完這場考試所用的時間大于100分鐘，選項A正確。]
5.2.25 kg
解析　根據狹義相對論，有m＝
可得＝＝
代入數據解得＝
所以m2＝m1＝2.25 kg。(共25張PPT)
第1節　經典力學的成就與局限性
第2節　相對論時空觀簡介
第3節　宇宙的起源和演化
第五章 經典力學的局限性與相對論初步
1.知道牛頓的絕對時空觀。2.了解牛頓力學取得的巨大成就和牛頓力學的局限性。3.知道牛頓力學的適用范圍。4.知道愛因斯坦的兩條假設。5.了解事件的延緩性和長度收縮效應、時空彎曲。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
知識點
1
知識點二　相對論時空觀　宇宙中的起源和進化
知識點一　經典力學的成就與局限性
知識點一　經典力學的成就與局限性
經典力學
1.經典力學的成就
(1)牛頓在1687年出版的著作《____________________》中建立了一個完整的力學理論體系。經典力學能夠解釋宏觀世界中人們看到的種種運動。
(2)經典力學的思想方法不僅影響到______和________領域，也影響到______、______、______等領域，對社會和文化的發展產生巨大影響。
(3)經典力學促進了技術層面的巨大創新，________的發明和改進，推動了第一次工業革命，使人類由農業文明走向工業文明。
自然哲學的數學原理
化學
生物學
藝術
政治
哲學
蒸汽機
2.經典力學的局限性
(1)經典力學不適用于高速運動的物體。
(2)牛頓運動定律和萬有引力定律不適用于受到很____引力作用的物體的運動。
(3)由于微觀領域內的微觀粒子的運動充滿了________性和______性，經典力學不適用。
強
不確定
離散
A
例1 關于經典力學，下列說法錯誤的是(　　)
A.由于相對論、量子力學的提出，經典力學已經被完全否定
B.經典力學可看作相對論、量子力學在一定條件下的特殊情形
C.經典力學在宏觀物體、低速運動、引力不太大時適用
D.經典力學對高速運動的微觀粒子不適用
解析　相對論、量子力學的提出，沒有否定經典力學，只是對力學的完善；經典力學是相對論、量子力學在低速、宏觀狀態下的特殊情形，對于高速、微觀的情形經典力學不適用，高速情形要用相對論，微觀粒子運動要用量子力學。故A符合題意。
經典力學只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題；經典力學只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子；經典力學只適用于解決弱引力問題，不能用來處理強引力問題。
(1)低速：就是指運動速度遠小于真空中的光速。
(2)高速：就是指運動速度接近于真空中的光速。
B
訓練1 下列物體的運動，不能用經典力學描述的是(　　)
A.“復興”號列車高速行駛
B.電子以接近光的速度運動
C.神舟十號飛船在軌道上運行
D.“遼寧”號航空母艦在大海上航行
解析　經典力學適用于低速、宏觀的物體，不適用于高速、微觀的物體，故電子以接近光的速度運動時不能用經典力學描述，列車的行駛、飛船的運行以及航空母艦在大海上航行都能用經典力學描述，故B正確，A、C、D錯誤。
知識點二　相對論時空觀　宇宙中的起源和進化
1.狹義相對論的主要內容
(1)同時的相對性
相隔一定距離發生的兩件事，在一個參考系中觀測是______發生的，在相對于此參考系______的另一個參考系中觀測就可能______同時，而是一先一后發生的。
同時
運動
不是
(2)運動時鐘變慢
①狹義相對論的時間變換公式：τ＝____________。
②同樣的兩件事，在它們發生于同一地點的參考系內所經歷的時間______；在其他參考系內觀測，這段時間要____些。
最短
長
(3)長度的相對性
①狹義相對論的長度變換公式：l＝__________。
②一根尺子在運動時的長度總要比它靜止時的長度____，這一現象常通俗地稱為“動尺收縮”。
(4)相對論質量和能量
①質能方程E＝________ (c是光在真空中的速率)。
②質量m與運動速率v的關系：m＝，其中m0是v＝____時物體的質量，稱為________。
小
mc2
0
靜質量
2.廣義相對論點滴
(1)當光線通過強引力場時，光線在引力場中會發生______。
(2)廣義相對論是______與______相結合的典范。在廣義相對論中，時間、______、______與______是緊密地聯系在一起的。
偏折
數學
物理
空間
物質
運動
3.宇宙的起源和演化
(1)宇宙的起源
物理學家伽莫夫把宇宙膨脹與粒子反應理論結合起來，提出____________假說。
(2)宇宙的未來
大爆炸理論能夠解釋很多客觀事實，是一種相對真理，但還沒有完全成熟，會不斷受到檢驗、修正和補充，也不能排除需要作重大修改的可能性。
宇宙大爆炸
D
例2 (粵教版教材P137T4改編)如圖所示，強強乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強強向壯壯發出一束光進行聯絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為(　　)
A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1.0c
解析　根據光速不變原理，在一切慣性參考系中測量到的真空中的光速c都一樣，而壯壯所處參考系即為慣性參考系，因此壯壯觀察到的光速為1.0c，選項D正確。
C
例3 慣性系S中有一邊長為l的正方形，從相對S系沿x方向以接近光速飛行的飛行器上測得該正方形的圖像是(　　)
解析　由相對論知識可知運動方向上的邊長變短，即x軸方向的邊長變短，垂直運動方向的邊長不變，即y軸方向的邊長不變，故C正確。
A
訓練2 如圖所示，假設一根10 cm長的梭鏢以接近光速的速度穿過一根10 cm長的靜止的管子，它們的長度都是在靜止狀態下測量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過管子情況的是(　　)
A.靜止的觀察者看到梭鏢收縮變短，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢
B.靜止的觀察者看到梭鏢變長，因此在某個位置，梭鏢從管子的兩端伸出來
C.靜止的觀察者看到兩者的收縮量相等，因此在某個位置，管子仍恰好遮住梭鏢
D.如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，則二者的相對速度是2c
解析　梭鏢相對于靜止的觀察者高速運動，根據相對論的長度收縮效應可知，梭鏢長度收縮變短，而管子相對于觀察者是靜止的，同理知管子長度不變，所以靜止的觀察者看到梭鏢長度收縮變短，因此在某個位置，管子能完全遮住梭鏢，故A正確，B、C錯誤；如果梭鏢和管子都以光速c相向運動，根據光速不變原理知，二者的相對速度是c，故D錯誤。
訓練3 如圖所示，有三個完全相同的時鐘，時鐘A放在地面上，時鐘B、C分別放在兩個火箭上，兩個火箭分別以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC，對于地面上的觀察者來說，以下說法中正確的是(　　)
C
A.時鐘A走得最慢 B.時鐘B走得最慢
C.時鐘C走得最慢 D.時鐘C走得最快
解析　根據相對論的時空觀，運動的時鐘變慢，時鐘C的速度最大，時針C走得最慢，C正確，A、B、D錯誤。
隨堂對點自測
2
B
1.(經典力學的局限性)下列運動不能用經典力學解釋的是(　　)
A.火箭攜帶衛星飛向太空
B.電子以接近光速的速度運動
C.戰斗機從遼寧號航母上起飛
D.高鐵列車從鹽城向北京飛馳
解析　經典力學適用范圍是宏觀、低速、弱引力，故A、C、D可以用經典力學解釋，A、C、D錯誤；B中電子速度接近光速，屬于高速運動，不能用經典力學解釋，B正確。
A
2.(經典力學的局限性)美國科學家2016年2月11日宣布，他們探測到引力波的存在。引力波是實驗驗證愛因斯坦相對論的最后一塊缺失的“拼圖”，相對論在一定范圍內彌補了經典力學的局限性。關于經典力學，下列說法正確的是(　　)
A.經典力學完全適用于宏觀低速運動
B.經典力學取得了巨大成就，是普遍適用的
C.隨著物理學的發展，經典力學將逐漸成為過時的理論
D.由于相對論、量子論的提出，經典力學已經失去了它的應用價值
解析　經典力學完全適用于宏觀低速運動的物體，宏觀物體是相對于微觀粒子而言的，故A正確；經典力學取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍適用的，故B錯誤；在微觀高速情況下，要用量子力學和相對論來解釋，但是并不會因為相對論和量子力學的出現，就否定了經典力學，經典力學仍然是正確的，不會過時也不會失去價值，故C、D錯誤。
C
3.(相對論的時空觀)如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C，假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發出一個閃光，列車上的觀察者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(　　)
A.同時被照亮 B.A先被照亮
C.C先被照亮 D.無法判斷
解析　列車上的觀察者看到的是由B發出后經過A和C反射的光，由于列車在這段時間內向C運動，靠近C而遠離A，所以C的反射光先到達列車上的觀察者，觀察者測得C先被照亮，故C正確。
A
4.(相對論的時空觀)某考生現在正在完成100分鐘的期末物理考試，假設一艘飛船相對該考生以0.3c的速度勻速飛過(c為真空中的光速)，則飛船上的觀察者根據相對論認為該考生考完這場考試所用時間(　　)
A.大于100分鐘 B.等于100分鐘
C.小于100分鐘 D.不能確定
5.(相對論的時空觀)如果真空中的光速c＝3.0×108 m/s，當一個物體的運動速度為v1＝2.4×108 m/s時，質量為3 kg。當它的速度為v2＝1.8×108 m/s時，質量為多少？
答案　2.25 kg

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