2018-2019學(xué)年高中物理 第五章 經(jīng)典力學(xué)與物理學(xué)革命 第一節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性 第二節(jié) 經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀課件 粵教版必修2.ppt

第一節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性 第二節(jié) 經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀,第五章,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí),1.經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：對(duì)于 、 (相對(duì)光速)物體的運(yùn)動(dòng)經(jīng)典力學(xué)仍然適用. 2.經(jīng)典力學(xué)的局限性 (1)經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運(yùn)動(dòng) 的限制，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速率接近于真空中的 時(shí)，經(jīng)典力學(xué)的許多觀念將發(fā)生重大變化. (2)經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和 的現(xiàn)象.,一、經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍,宏觀,低速,速率,光速,能量不連續(xù),1.經(jīng)典時(shí)空觀 (1)慣性系與非慣性系： 慣性系：凡是 定律成立的參考系，相對(duì)于慣性系靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系. 非慣性系： 定律不成立的參考系，相對(duì)于慣性系做變速運(yùn)動(dòng)的參考系是非慣性系. (2)伽利略相對(duì)性原理：對(duì)于所有的慣性系， 規(guī)律都是相同的，或者說(shuō)，一切慣性系都是 .,二、經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀,牛頓運(yùn)動(dòng),牛頓運(yùn)動(dòng),力學(xué),等效的,(3)經(jīng)典時(shí)空觀(絕對(duì)時(shí)空觀)：時(shí)間永遠(yuǎn)均勻地流逝，與任何外界 ；空間與任何外界事物 ，從不運(yùn)動(dòng)，永遠(yuǎn)不變. (4)經(jīng)典時(shí)空觀的幾個(gè)具體結(jié)論： 的絕對(duì)性； 的絕對(duì)性； 的絕對(duì)性； 物體質(zhì)量 . 即它們與參考系的選擇(或觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài))無(wú)關(guān).,無(wú)關(guān),無(wú)關(guān),同時(shí),時(shí)間間隔,空間距離,恒定不變,2.相對(duì)論時(shí)空觀 (1)光速不變與經(jīng)典物理學(xué)的矛盾：觀察和實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明：無(wú)論光源和觀察者如何運(yùn)動(dòng)，光速只能是c，這與經(jīng)典力學(xué)的 法則相矛盾. (2)狹義相對(duì)論的兩條基本假設(shè)： 相對(duì)性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是 . 光速不變?cè)恚翰还茉谀膫€(gè)慣性系中，測(cè)得的真空中的光速都相同.,速度合成,相同的,(3)相對(duì)論時(shí)空觀 “同時(shí)”的相對(duì)性：在一個(gè)參考系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)參考系看來(lái)是 的. 運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢：時(shí)鐘相對(duì)于觀察者 時(shí)，走得快；相對(duì)于觀察者 時(shí)，走得慢.運(yùn)動(dòng)速度越快，效果越明顯. 運(yùn)動(dòng)的尺子縮短：一個(gè)物體相對(duì)于觀察者 時(shí)，它的長(zhǎng)度測(cè)量值最大；相對(duì)于觀察者 時(shí)，觀察者在 方向上觀測(cè)，它的長(zhǎng)度要縮短，速度越快，縮得越 . 物體質(zhì)量隨速度的 而增大.,不同時(shí),靜止,運(yùn)動(dòng),靜止,運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng),短,增加,答案,即學(xué)即用 1.判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用于任何參考系.( ) (2)經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間間隔是絕對(duì)的.( ) (3)經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為物體的質(zhì)量是絕對(duì)的.( ) (4)不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和相對(duì)論都是適用的.( ),2.(多選)下列服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律的是 A.自行車、汽車、火車、飛機(jī)等交通工具的運(yùn)動(dòng) B.發(fā)射導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船 C.物體運(yùn)動(dòng)的速率接近于真空中的光速 D.能量的不連續(xù)現(xiàn)象,答案,解析,解析 經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，所以A、B正確，C錯(cuò)誤； 能量的不連續(xù)現(xiàn)象不適合用經(jīng)典力學(xué)來(lái)解釋，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,重點(diǎn)探究,如圖1甲，質(zhì)子束被加速到接近光速；如圖乙，中子星是質(zhì)量、密度非常大的星體.請(qǐng)思考： (1)經(jīng)典力學(xué)是否適用于質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？如何研究質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？,答案 質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)屬于高速、微觀范疇，經(jīng)典力學(xué)不再適用，應(yīng)該應(yīng)用狹義相對(duì)論、量子力學(xué)進(jìn)行研究.,一、經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論的比較,導(dǎo)學(xué)探究,圖1,答案,(2)經(jīng)典力學(xué)是否適用于中子星的引力規(guī)律？如何研究中子星的引力規(guī)律？,答案 中子星的引力規(guī)律屬于引力范疇，經(jīng)典力學(xué)不再適用，應(yīng)該應(yīng)用廣義相對(duì)論進(jìn)行研究.,答案,1.區(qū)別：,知識(shí)深化,2.聯(lián)系： (1)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別. (2)相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論在一定條件下的特殊情形.,例1 下列說(shuō)法正確的是 A.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變，在狹義相對(duì)論中， 物體的質(zhì)量也不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變 B.狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是完全不同相互矛盾的兩個(gè)理論 C.物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)服從狹義相對(duì)論，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體 的運(yùn)動(dòng)服從牛頓運(yùn)動(dòng)定律 D.以上說(shuō)法都是錯(cuò)誤的,答案,解析,解析 在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變，在狹義相對(duì)論中，物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 狹義相對(duì)論沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是狹義相對(duì)論在一定條件下的特殊情形，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體，狹義相對(duì)論闡述物體在以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律，選項(xiàng)C正確.,針對(duì)訓(xùn)練1 (多選)牛頓運(yùn)動(dòng)定律能適用于下列哪些情形 A.研究原子中電子的運(yùn)動(dòng) B.研究“神舟五號(hào)”飛船的高速發(fā)射 C.研究地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng) D.研究飛機(jī)從北京飛往紐約的航線,答案,解析,解析 牛頓運(yùn)動(dòng)定律只能用于“宏觀低速”的情形，這里的“宏觀”是相對(duì)于微觀粒子而言的.這里的“低速”是相對(duì)于光速而言的.原子、電子等是微觀粒子，它們的運(yùn)動(dòng)不服從牛頓運(yùn)動(dòng)定律，A錯(cuò)誤，B、C、D中各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)雖然是“高速”，但相對(duì)于光速來(lái)說(shuō)，卻是微不足道的，完全可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律研究其規(guī)律，B、C、D正確.,地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是3104 m/s；如圖2所示， 設(shè)在美國(guó)伊利諾伊州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度.請(qǐng)思考： (1)地球的公轉(zhuǎn)速度在狹義相對(duì)論中屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速度呢？,答案,二、相對(duì)論幾個(gè)效應(yīng)的理解,導(dǎo)學(xué)探究,圖2,答案 狹義相對(duì)論的高速是可以與光速相比較的速度，所以地球的公轉(zhuǎn)速度屬于低速，加速后的電子速度屬于高速.,(2)加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量增大了還是減小了？,答案,答案 物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，所以加速后電子的質(zhì)量比電子的靜止質(zhì)量大了.,1.兩個(gè)基本原理： (1)相對(duì)性原理：所有物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式，表明在任何慣性系中研究某個(gè)物體的某一運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律形式不變. (2)光速不變?cè)恚涸谝磺袘T性參考系中，測(cè)量到的真空中的光速c都一樣，表明了經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的不同；比較如下：,知識(shí)深化,2.相對(duì)論時(shí)空觀的內(nèi)容：認(rèn)為時(shí)間和空間是相互聯(lián)系、相互影響的，并且與物質(zhì)的存在及運(yùn)動(dòng)有關(guān). (1)時(shí)間延緩效應(yīng)：在相對(duì)于地面以速度v勻速運(yùn)動(dòng)的參考系內(nèi)，測(cè)得該參考系中某一事件所經(jīng)歷的時(shí)間為t，則在地面上測(cè)得該事件所經(jīng)歷的時(shí)間為：t . 由于vt.即用同樣標(biāo)準(zhǔn)的鐘，在靜止參考系中測(cè)得的時(shí)間比在運(yùn)動(dòng)參考系中測(cè)得的時(shí)間長(zhǎng)，好比是運(yùn)動(dòng)的鐘走“慢”了. 當(dāng)速度vc時(shí)，tt，這就回到了經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān).當(dāng)v0.999 8c時(shí)，t50t，時(shí)間將延緩50倍.,(2)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)：一把尺子，在相對(duì)于它靜止的參考系xOy中測(cè)得其長(zhǎng)度為l(稱為靜止長(zhǎng)度)，如圖3所示.當(dāng)該尺子相對(duì)另一參考系xOy(如地面)沿尺子長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，在該參考系xOy(如地面)中測(cè)得尺子長(zhǎng)度為ll .,圖3,由于v<c，所以l<l，說(shuō)明在相對(duì)尺子運(yùn)動(dòng)的參考系中測(cè)得的“運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度”比在相對(duì)尺子靜止的參考系中測(cè)得的“靜止長(zhǎng)度”短，即所謂的“長(zhǎng)度收縮效應(yīng)”.,當(dāng)速度vc時(shí)，ll，這就回到了經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論空間的尺度與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān).當(dāng)v0.999 8c時(shí)，l l，長(zhǎng)度將縮短 .,例2 半人馬星座星是太陽(yáng)系最近的恒星，它距地球?yàn)?.31016 m.設(shè)有一宇宙飛船自地球往返于半人馬星座星之間.若宇宙飛船的速度為0.999c，按地球上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需多長(zhǎng)時(shí)間？如以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算，往返一次的時(shí)間又為多長(zhǎng)？,答案 9年 0.4年,答案,解析,針對(duì)訓(xùn)練2 如圖4所示，有三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，時(shí)鐘A放在地面上，時(shí)鐘B、C分別放在兩個(gè)火箭上，兩個(gè)火箭分別以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB<vC.對(duì)于地面上的觀察者來(lái)說(shuō)，以下說(shuō)法中 正確的是 A.時(shí)鐘A走得最慢 B.時(shí)鐘B走得最慢 C.時(shí)鐘C走得最慢 D.時(shí)鐘C走得最快,解析 根據(jù)相對(duì)論的時(shí)空觀，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢，其實(shí)質(zhì)是指在相對(duì)論中每位觀察者都有自身的時(shí)間測(cè)度，即如果一時(shí)鐘在天空高速飛馳，對(duì)靜止不動(dòng)的觀察者來(lái)說(shuō)似乎時(shí)鐘的時(shí)間走得慢了.時(shí)鐘飛馳得越快，時(shí)鐘的時(shí)間走得越慢.,圖4,答案,解析,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,3,1.(經(jīng)典力學(xué)的成就和局限性)(多選)20世紀(jì)以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無(wú)法解釋.經(jīng)典力學(xué)只適用于解決物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子，以下說(shuō)法正確的是 A.隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)已成了過(guò)時(shí)的理論 B.人們對(duì)客觀事物的具體認(rèn)識(shí)在廣度上是有局限性的 C.不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律 D.人們應(yīng)當(dāng)不斷拓展認(rèn)識(shí)，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律,答案,解析,4,解析 人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)要受到所處的時(shí)代的客觀條件和科學(xué)水平的制約，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人們只有不斷拓展自己的認(rèn)識(shí)，才能掌握更廣闊領(lǐng)域內(nèi)的不同事物的本質(zhì)與規(guī)律；新的科學(xué)的誕生并不意味著對(duì)原來(lái)科學(xué)的全盤否定，只能認(rèn)為過(guò)去的科學(xué)是新的科學(xué)在一定條件下的特殊情形.,1,2,3,4,2.(經(jīng)典時(shí)空觀)(多選)下列說(shuō)法中哪些屬于經(jīng)典時(shí)空觀的觀點(diǎn) A.世界的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)都只有量的變化，而不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化 B.時(shí)間和空間不依賴人們的意識(shí)而存在 C.時(shí)間和空間是絕對(duì)的 D.時(shí)間和空間是緊密聯(lián)系、不可分割的,答案,解析,1,2,3,4,解析 經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間都是與外界事物無(wú)關(guān)的、絕對(duì)的，選項(xiàng)A、B、C屬于經(jīng)典時(shí)空觀； 選項(xiàng)D屬于相對(duì)論時(shí)空觀.,3.(相對(duì)論效應(yīng)的理解)如圖5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(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的觀察者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是 A.同時(shí)被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.無(wú)法判斷,答案,1,2,3,4,圖5,解析,解析 列車上的觀察者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過(guò)A和C反射的光，由于列車在這段時(shí)間內(nèi)向C運(yùn)動(dòng)，靠近C而遠(yuǎn)離A，所以C的反射光先到達(dá)列車上的觀察者，觀察者看到C先被照亮，故只有C正確.,4.(狹義相對(duì)論的應(yīng)用)如圖6所示，強(qiáng)強(qiáng)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(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測(cè)到該光束的傳播速度為 A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.c,圖6,解析 由狹義相對(duì)論的光速不變?cè)碇?，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，可知D正確，A、B、C錯(cuò)誤.,答案,解析,1,2,3,4,