【讲与练】高中物理人教版(2019)必修2：7.5 相对论时空观与牛顿力学局限性学案.doc

5．相对论时空观与牛顿力学局限性

课程标准

1．知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的。

2．初步了解相对论时空观。

3．关注宇宙起源和演化的研究进展。

素养目标

知识点1相对论时空观

1．绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其_运动__而存在的，也叫牛顿力学时空观。

2．爱因斯坦的两个假设：

(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是_相同__的；

(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_相同__的。

3．时间延缓效应：Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))。

4．长度收缩效应

l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)。

5．相对论时空观

运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的_运动状态__有关。

『判一判』

(1)运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的μ子的寿命变长。(×)

(2)沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短。(√)

『想一想』

世界上各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法对吗？

答案：对。

知识点2牛顿力学的成就与局限性

1．牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到_天体__的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从_牛顿力学__的规律。

2．牛顿力学的局限性：牛顿力学对于_高速运动__的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。

3．量子力学的建立能够很好地描述_微观__运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。

4．相对论与量子力学都没有_否定__过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的_特殊__情形。

『判一判』

(1)在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关。(√)

(2)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动，经典力学就无能为力了。(×)

(3)洲际导弹的速度可达到6000m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用。(×)

(4)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的。(√)

『选一选』

(2023·全国高一单元测试)下列说法中不正确的是(B)

A．牛顿运动定律适用于宏观、低速、弱作用力领域

B．经典力学适用于微观、高速、强引力场等物体的运动

C．一旦测出了引力常量，就可以算出地球的质量

D．17世纪，牛顿把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功的解释了天体运动的规律

解析：牛顿运动定律适用于宏观、低速、弱作用力领域，不适用微观、高速、强相互作用，故A正确，B错误；卡文迪什利用扭秤实验测量出了引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg，由Geq\f(Mm,R2)＝mg知，一旦测出了引力常量，就可以算出地球的质量，故C正确；根据牛顿对万有引力的研究史知D正确。本题选不正确的，故选B。

相对论时空观的理解

探究

相对论时空观的理解

要点提炼

牛顿力学时空观与相对论时空观比较

比较项目

牛顿力学时空观

相对论时空观

同时

绝对性

相对性

长度

绝对性

相对性

光速

可变(遵循经典速度变换规律)

不变

物理规律

－

在不同惯性参考系中其形式相同

典例剖析

典题1(多选)用相对论的观点判断下列说法正确的是(CD)

A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度都不会改变

B．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但飞船中的宇航员却认为时钟是准确的

C．在地面上的人看来，以10km/s的速度垂直地面向上运动的飞船在运动方向上会变短，而飞船中的宇航员却感觉地面上的人看起来比飞船中的人扁一些

D．当物体运动的速度v远小于c时，长度收缩效应和时间延缓效应都可以忽略不计

解析：根据相对论可知，时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，A项错误；由Δt＝eq\f(Δt′,\r(1－\f(v2,c2)))知，在地面上看运动的时钟，发现运动的时钟会变慢，B项错误；由l′＝leq\r(1－\f(v2,c2))可知两处的人都感觉l′l，C项正确；由时间延缓效应公式和长度收缩效应公式可知，当v远小于c时，时间延缓效应和长度收缩效应都可以忽略不计，D项正确。

对点训练?如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(D)

A．0.4c B．0.5c