資源簡介

第5節　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.相對論時空觀與經典力學的比較
項目 經典力學 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,根據狹義相對論,下列判斷正確的是 (　　)
A.v1>v2　　　　　　 B.v1C.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10 km/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10 km/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、發射的導彈、人造地球衛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(經典力學) 相對論、量子力學
區別 (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律 (2)量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規律 (3)相對論能夠解釋強引力情況下的作用規律
聯系 (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別 (2)當另一個重要常數即普朗克常量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律不能用牛頓力學來解釋。 (　　)
2.經典力學只適用于“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星“墨子號”從太空發出兩道紅色的光,射向青海德令哈站與千公里外的云南麗江高美古站,首次實現人類歷史上第一次距離達“千公里級”的量子密鑰分發。下列說法正確的是 (　　)
A.牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規律
B.牛頓力學適用于描述光子的運動規律
C.量子力學可以描述“墨子號”發出的“兩道紅色的光”的運動規律
D.量子力學的發現說明牛頓力學已失去了實用價值
第5節　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.　6.l0 　7.運動狀態　
[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生變化，所以這個人瘦但不高，故D正確。
4．選CD　根據相對論可知，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＝知，在地面上看以10 km/s的速度運動的時鐘，發現運動的時鐘會變慢，B錯誤；由l＝l0可知在地面上的人看來，以10 km/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”繞地球運動的規律，故A正確；對于運動速度接近光速的物體的運動，不適合用牛頓力學來描述，故B錯誤；量子力學可以描述“墨子號”發出的“兩道紅色的光”的運動規律，因為紅光運動速度為光速，所以需考慮相對論效應，應使用量子力學描述，故C正確；量子力學和牛頓力學適用范圍不同，量子力學適用于微觀粒子的運動，在宏觀低速運動中，牛頓力學仍然適用，不能說牛頓力學已經失去了實用價值，故D錯誤。
5 / 5(共27張PPT)
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)
第 5 節
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。
1
逐點清(一)　相對論時空觀
2
逐點清(二)　牛頓力學的成就與局限性
CONTENTS
目錄
逐點清(一)　相對論時空觀
1.電磁波與光速
英國物理學家麥克斯韋根據電磁場理論預言了________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。
多維度理解
電磁波
光速c
一樣
運動
3.愛因斯坦的假設
(1)在不同的慣性參考系中,物理規律的形式都是_____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。
相同
相同
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。
l0
運動狀態
8.相對論時空觀與經典力學的比較
項目 經典力學 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
1.1905年愛因斯坦提出了狹義相對論,狹義相對論的出發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
全方位練明
√
解析: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.(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,根據狹義相對論,下列判斷正確的是 (　　)
A.v1>v2　　　　　　 B.v1C.v1=v2 D.無法確定
√
解析:根據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和觀察者所處的慣性系無關,可知v1=v2。故選C。
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
√
解析: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生變化,所以這個人瘦但不高,故D正確。
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10 km/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10 km/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
√
√
解析:根據相對論可知,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=知,在地面上看以10 km/s的速度運動的時鐘,發現運動的時鐘會變慢,B錯誤;由l=l0可知在地面上的人看來,以10 km/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)　牛頓力學的成就與局限性
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_________,它們的運動規律在很多情況下不能用牛頓力學來說明。
多維度理解
牛頓運動定律
萬有引力定律
牛頓力學
微觀粒子
波動性
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、發射的導彈、人造地球衛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(經典力學) 相對論、量子力學
區別 (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律
(2)量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規律
(3)相對論能夠解釋強引力情況下的作用規律
聯系 (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別
(2)當另一個重要常數即普朗克常量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
續表
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律不能用牛頓力學來解釋。 ( )
全方位練明
×
√
√
√
2.經典力學只適用于“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
√
解析: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.(多選)來自中國的量子科學實驗衛星“墨子號”從太空發出兩道紅色的光,射向青海德令哈站與千公里外的云南麗江高美古站,首次實現人類歷史上第一次距離達“千公里級”的量子密鑰分發。下列說法正確的是 (　　)
A.牛頓力學適用于描述“墨子號”繞地球運動的規律
B.牛頓力學適用于描述光子的運動規律
C.量子力學可以描述“墨子號”發出的“兩道紅色的光”的運動規律
D.量子力學的發現說明牛頓力學已失去了實用價值
√
√
解析: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”繞地球運動的規律,故A正確;對于運動速度接近光速的物體的運動,不適合用牛頓力學來描述,故B錯誤;量子力學可以描述“墨子號”發出的“兩道紅色的光”的運動規律,因為紅光運動速度為光速,所以需考慮相對論效應,應使用量子力學描述,故C正確;量子力學和牛頓力學適用范圍不同,量子力學適用于微觀粒子的運動,在宏觀低速運動中,牛頓力學仍然適用,不能說牛頓力學已經失去了實用價值,故D錯誤。

展開更多......

收起↑