2018-2019學年高考物理 主題三 牛頓力學的局限性和相對論初步 3.1-3.3課件 粵教版.ppt

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1、3.1經典力學的成就與局限性3.2經典時空觀與相對論時空觀3.3宇宙的起源與演化,,一、經典力學的局限性和適用范圍[觀圖助學],如圖是以牛頓為代表的對經典力學做出重要貢獻的科學家，那么經典力學的適用范圍是什么？經典力學有哪些局限性？,1.經典力學的適用范圍：對于_______、_______(相對光速)物體的運動經典力學仍然適用。2.經典力學的局限性(1)經典力學的應用受到物體運動_______的限制，當物體運動速率接近于真空中的_______時，經典力學的許多觀念將發(fā)生重大變化。(2)經典力學不適用于微觀領域中物質結構和________________的現象。,宏觀,低速,速率,光速,能量不

2、連續(xù),[理解概念],判斷下列說法是否正確。(1)牛頓運動定律適用于任何參考系。()(2)經典時空觀認為時間間隔是絕對的。()(3)經典時空觀認為物體的質量是絕對的。()(4)不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經典力學和相對論都是適用的。(),,√,√,,二、經典時空觀與相對論時空觀[觀圖助學],愛因斯坦提出相對論，由相對論時空觀可知，運動的時鐘會變慢及運動的尺子會縮短，但為什么我們在日常生活中從未注意到長度收縮和時間膨脹效應？,1.經典時空觀(1)慣性系與非慣性系①慣性系：凡是_____________定律成立的參考系，相對于慣性系靜止或做勻速直線運動的參考系都是慣性系。②非慣性系：_______

3、______定律不成立的參考系，相對于慣性系做變速運動的參考系是非慣性系。(2)伽利略相對性原理：對于所有的慣性系，_______規(guī)律都是相同的，或者說，一切慣性系都是_____________。(3)經典時空觀(絕對時空觀)：時間永遠均勻地流逝，與任何外界_______；空間與任何外界事物_______，從不運動，永遠不變。,牛頓運動,牛頓運動,力學,等效的,無關,無關,(4)經典時空觀的幾個具體結論①_______的絕對性；②__________的絕對性；③__________的絕對性；④物體質量__________。即它們與參考系的選擇(或觀察者的運動狀態(tài))無關。2.相對論時空觀(1)光

4、速不變與經典物理學的矛盾：觀察和實驗事實表明：無論光源和觀察者如何運動，光速只能是c，這與經典力學的__________法則相矛盾。,同時,時間間隔,空間距離,恒定不變,速度合成,(2)狹義相對論的兩條基本假設①相對性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是___________。②光速不變原理：不管在哪個慣性系中，測得的真空中的光速都相同。(3)相對論時空觀①“同時”的相對性：在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，在另一個參考系看來是___________的。②運動的時鐘變慢：時鐘相對于觀察者_______時，走得快；相對于觀察者_______時，走得慢。運動速度越快，效果越明顯。③運動的尺子縮

5、短：一個物體相對于觀察者_______時，它的長度測量值最大；相對于觀察者_______時，觀察者在_______方向上觀測，它的長度要縮短，速度越快，縮得越_____。④物體質量隨速度的_______而增大。,相同的,不同時,靜止,運動,靜止,運動,運動,短,增加,[理解概念],判斷下列說法是否正確。(1)時間和空間是緊密聯系、不可分割的屬于經典時空觀的觀點。()(2)時間間隔具有相對性。()(3)物體的質量永遠不變。()(4)物體的質量隨速度的增加而增大。(),√,√,,√,經典力學與相對論的比較,[觀察探究],如圖1甲，質子束被加速到接近光速；如圖1乙，中子星是質量、密度非常大的星體。請

6、思考：,,圖1,(1)經典力學是否適用于質子束的運動規(guī)律？如何研究質子束的運動規(guī)律？(2)經典力學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(1)質子束的運動屬于高速、微觀范疇，經典力學不再適用，應該應用狹義相對論、量子力學進行研究。(2)中子星的引力規(guī)律屬于強引力范疇，經典力學不再適用，應該應用廣義相對論進行研究。,[探究歸納]1.區(qū)別,2.聯系(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與經典物理學的結論沒有區(qū)別。(2)相對論并沒有否定經典力學，經典力學是相對論在一定條件下的特殊情形。,[試題案例][例1](2018汕頭高一檢測)下列說法正確的是()A.在經典力學中，物

7、體的質量不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的質量也不隨運動狀態(tài)而改變B.狹義相對論和經典力學是完全不同相互矛盾的兩個理論C.物體高速運動時，物體的運動服從狹義相對論，在低速運動時，物體的運動服從牛頓運動定律D.以上說法都是錯誤的,解析在經典力學中，物體的質量不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的質量隨物體運動速度的增大而增大，選項A錯誤；狹義相對論沒有否定經典力學，經典力學是狹義相對論在一定條件下的特殊情形，選項B錯誤；經典力學適用于低速運動的物體，狹義相對論闡述物體在以接近光速的速度運動時所遵循的規(guī)律，選項C正確。答案C,[針對訓練1](多選)牛頓運動定律能適用于下列哪些情形()A

8、.研究原子中電子的運動B.研究“神舟五號”飛船的高速發(fā)射C.研究地球繞太陽的運動D.研究飛機從北京飛往紐約的航線解析牛頓運動定律只能用于“宏觀低速”的情形，這里的“宏觀”是相對于微觀粒子而言的。這里的“低速”是相對于光速而言的。原子、電子等是微觀粒子，它們的運動不服從牛頓運動定律，A錯誤，B、C、D中各項運動雖然是“高速”，但相對于光速來說，卻是微不足道的，完全可以用牛頓運動定律研究其規(guī)律，B、C、D正確。答案BCD,相對論幾個效應的理解,[觀察探究],地球繞太陽公轉的速度是3104m/s；如圖2所示，設在美國伊利諾伊州費米實驗室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999999999987倍光

9、速的速度。請思考：,,圖2,(1)地球的公轉速度在狹義相對論中屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速度呢？(2)加速后電子的質量比電子的靜止質量增大了還是減小了？答案(1)狹義相對論的高速是可以與光速相比較的速度，所以地球的公轉速度屬于低速，加速后的電子速度屬于高速。(2)物體的質量隨速度的增大而增大，所以加速后電子的質量比電子的靜止質量增大了。,[探究歸納]1.兩個基本原理(1)相對性原理：在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是相同的。表明在任何慣性系中研究某個物體的某一運動過程，其運動規(guī)律形式不變。(2)光速不變原理：不管在哪個慣性系中，測得的真空中的光速都相同。表明了經典時空觀與相對論時

10、空觀的不同；比較如下：,圖3,,[試題案例][例2]一艘太空飛船靜止時的長度為30m，他以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是()A.飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mB.地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mC.飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD.地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c,答案B,[針對訓練2]如圖4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