高一下學(xué)期物理人教版必修第二冊7相對論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性 學(xué)案

7.5相對論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道以牛頓運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍。2.知道相對論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系。3.通過對牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識知識的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：了解經(jīng)典力學(xué)的局限性。難點(diǎn)：了解相對論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系。【自主學(xué)習(xí)】1.經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是_________，牛頓運(yùn)動定律和萬有引力定律在_________、_________、_________的廣闊領(lǐng)域，包括_________的研究中，經(jīng)受了實(shí)踐的檢驗(yàn)，取得了巨大的成就。2.狹義相對論闡述物體在以_____________運(yùn)動時(shí)所遵從的規(guī)律。3.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是_________的，而狹義相對論指出，質(zhì)量要隨著物體運(yùn)動速度的增大而____________，即m=_________，兩者在___________的條件下是統(tǒng)一的。4.經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為位移和時(shí)間的測量與參考系____________，相對論認(rèn)為，同一過程的位移和時(shí)間的測量與參考系___________，在不同的參考系中____________。5.19世紀(jì)末20世紀(jì)初，物理學(xué)研究深入到微觀世界，發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，而且發(fā)現(xiàn)它們不僅具有_________，同時(shí)還具有___________。20世紀(jì)20年代，__________建立，它能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動的規(guī)律性，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。6.經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：只適用于___________運(yùn)動，不適用于________運(yùn)動；只適用于世________界，不適用于___________世界。【重難詳解】【探究一】絕對時(shí)空觀1.慣性系與非慣性系（1）慣性系：凡是牛頓運(yùn)動定律成立的參考系；相對于慣性系做勻速直線運(yùn)動的參考系也是慣性系。（2）非慣性系：牛頓運(yùn)動定律不成立的參考系；相對于慣性系做變速運(yùn)動的參考系是非慣性系。（3）對于所有的慣性系，力學(xué)規(guī)律都是相同的，或者說，一切慣性系都是等效的。2.絕對時(shí)空觀（1）時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動而存在的。（2）時(shí)間和空間跟任何外界物質(zhì)的存在及其運(yùn)動情況無關(guān)，是絕對不變的，且彼此獨(dú)立。3.絕對時(shí)空觀的舉例說明（1）同時(shí)的絕對性。就是說，在兩個不同地點(diǎn)發(fā)生的兩個事件，只要對一個慣性參考系來說是同時(shí)的，那無論對什么慣性參考系來說都是同時(shí)的，例如，有一輛做勻速直線運(yùn)動的火車，車廂內(nèi)觀察者看到兩個事件是同時(shí)發(fā)生的，那站在站臺上的觀察者也必定看到兩個事件是同時(shí)發(fā)生的，反過來說也如此。在這點(diǎn)上，經(jīng)典時(shí)空觀與人們的日常生活經(jīng)驗(yàn)似乎是一致的。（2）時(shí)間間隔的絕對性。例如一個人看到自己的手表走過一分鐘，往往以為世界上所的鐘和表也都同樣地走過一分鐘，而不管是在哪一種運(yùn)動狀態(tài)的鐘。這就是時(shí)間間隔的絕對性。（3）空間距離的絕對性。例如一把直尺的長度，如果從某一個參考系測量它是一尺。那么，我們的日常經(jīng)驗(yàn)會以為從任何參考系來測量它，它仍舊是一尺，而與參考系的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。【探究二】1.愛因斯坦的兩個假設(shè)

（1）狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的。

（2）光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。

2.時(shí)間延緩效應(yīng)

（1）時(shí)間延緩效應(yīng)：運(yùn)動時(shí)鐘會變慢，即

（2）運(yùn)動的時(shí)鐘變慢，其實(shí)質(zhì)是指在相對論中每位觀察者都有自身的時(shí)間測度，即如果一時(shí)鐘在天空高速飛馳，對靜止不動的觀察者來說似乎鐘的時(shí)間走得慢了。時(shí)鐘飛馳得越快，鐘的時(shí)間走得越慢。3.長度收縮效應(yīng)

（1）長度收縮效應(yīng)：運(yùn)動長度l會收縮，即

（2）運(yùn)動的尺子縮短，即物體運(yùn)動起來以后，運(yùn)動的物體沿運(yùn)動方向收縮，長度變短。尺縮和鐘慢一樣，是對稱的。表示空間的大小并不是絕對的，而是相對的。

4.相對論時(shí)空觀

（1）空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。

（2）同時(shí)是相對的，即在同一個參考系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個事件，在另一個參考系中不一定是同時(shí)的?！眷柟叹毩?xí)】1.與相對論有關(guān)的問題，下列說法正確的是()A.火箭內(nèi)有一時(shí)鐘，當(dāng)火箭高速運(yùn)動后，此火箭內(nèi)觀察者發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘變慢了B.力學(xué)規(guī)律在任何慣性參考系中都是相同的C.一根沿自身長度方向運(yùn)動的桿，其長度總比靜止時(shí)的長度要長些D.高速運(yùn)動物體的質(zhì)量會變小2.下列敘述中屬于狹義相對論時(shí)空觀內(nèi)容的是()A.在任何慣性系中，測得的真空中的光速都相同B.在不同的參考系中，測得的真空中的光速不同C.同一物體的長度，在任何參考系中測量都是相同的D.同一物體的質(zhì)量，在不同的參考系中測量都是相同的3.根據(jù)相對論的知識分析，下列說法正確的是()A.經(jīng)過太陽周邊的光線彎曲是由于介質(zhì)不均勻而非引力作用B.由于太陽引力場的影響，我們有可能看到太陽后面的恒星C.引力場越強(qiáng)的位置，時(shí)間進(jìn)程越快D.廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象4.日常生活中，我們并沒有發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動的速度變化而變化，其原因是()A.運(yùn)動中物體無法稱量質(zhì)量 B.物體的速度遠(yuǎn)小于光速，質(zhì)量變化極小C.物體的質(zhì)量太大 D.物體的質(zhì)量不隨速度的變化而變化5.有一把長為L的尺子豎直放置，現(xiàn)讓這把尺子沿水平方向以接近光的速度運(yùn)行，運(yùn)行過程中尺子始終保持豎直，那么我們此時(shí)再測量該尺子的長度將()A.大于L B.小于L C.等于L D.無法測量6.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類遨游太空終究會實(shí)現(xiàn)。如果某飛船在以的速度飛行靠近某一星球時(shí)，發(fā)出一光源信號提示該星球上的人。假設(shè)所有的星球均相對靜止，c為光在真空中的速度。則下列說法正確的是()A.該星球上的人看到的光源信號的速度為B.該星球上的人看到的光源信號的速度為cC.地球上的人看到的光源信號的速度為cD.飛船正后方的某星球上的人看到的光源信號的速度為7.500米口徑的中國天眼（FAST）是世界上已建成的最大的射電望遠(yuǎn)鏡，可監(jiān)測脈沖星，探測引力波的存在。而引力波是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證愛因斯坦相對論的最后一塊“拼圖”。關(guān)于牛頓力學(xué)、相對論和量子力學(xué)，下列說法正確的是()A.牛頓力學(xué)適用于研究宏觀物體的低速運(yùn)動B.由于相對論的提出，牛頓力學(xué)已經(jīng)失去了它的應(yīng)用價(jià)值C.高速運(yùn)動的μ子壽命變長這一現(xiàn)象，既能用相對論時(shí)空觀解釋，又能用經(jīng)典理論解釋D.不論是宏觀物體，還是微觀粒子，牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的8.關(guān)于牛頓力學(xué)、相對論、量子力學(xué)，下列說法正確的是()A.不論是對宏觀物體，還是對微觀粒子，牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B.牛頓力學(xué)適用于低速運(yùn)動的物體，相對論適用于高速運(yùn)動的物體C.牛頓力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動D.相對論與量子力學(xué)否定了牛頓力學(xué)理論9.有兩個對準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)鐘，一個留在地面上，另一個放在高速飛行的飛船上，則下列說法正確的是()A.飛船上的人看到飛船內(nèi)的鐘比地面上的鐘走得慢B.地面上的人看到地面上的鐘比飛船上的鐘走得慢C.地面上的人看到地面上的鐘比飛船上的鐘走得快D.因?yàn)槭莾蓚€對準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)鐘，所以兩鐘走時(shí)快慢相同

參考答案1.答案：B解析：當(dāng)火箭高速運(yùn)動后，此火箭內(nèi)觀察者相對于時(shí)鐘的速度仍然是0，所以發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘的快慢不變，故選項(xiàng)A錯誤；力學(xué)規(guī)律在任何慣性參考系中都是相同的，故選項(xiàng)B正確；根據(jù)尺縮效應(yīng)，沿尺子長度方向運(yùn)動的尺子長度比靜止的尺子長度短，當(dāng)速度接近光速時(shí)，尺子縮成一個點(diǎn)，故選項(xiàng)C錯誤；高速運(yùn)動物體的質(zhì)量是會變大的，所以牛頓運(yùn)動定律不適合高速運(yùn)動的物體，故選項(xiàng)D錯誤。2.答案：A解析：3.答案：BD解析：4.答案：B解析：根據(jù)狹義相對論質(zhì)速公式可知，在宏觀物體的運(yùn)動中，，所以m變化不大，而不是因?yàn)槲矬w的質(zhì)量太大或無法測量，也不是因?yàn)橘|(zhì)量不隨速度的變化而變化，正確選項(xiàng)是B。5.答案：C解析：6.答案：BC解析：7.答案：A解析：A.牛頓力學(xué)適用于研究宏觀物體的低速運(yùn)動，A正確；

B.在微觀高速領(lǐng)域，要用量子力學(xué)和相對論理論來解釋，但是并不會因?yàn)橄鄬φ摵土孔恿W(xué)的出現(xiàn)，就否定了牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)作為某些條件下的特殊情形，被包括在新的科學(xué)成就之中，不會過時(shí)，不會失去價(jià)值，B錯誤；

C.高速運(yùn)動的μ子壽命變長這一現(xiàn)象，屬于微觀高速運(yùn)動，只能用相對論時(shí)空觀解釋，不能用經(jīng)典理論解釋，C錯誤；

D.宏觀低速物體牛頓力學(xué)適用，微觀粒子量子力學(xué)適用，D錯誤。

故選A。8.答案：C解析：牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速運(yùn)動