2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 牛頓力學(xué)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(jīng)典力學(xué)的成就與局限性3.2經(jīng)典時(shí)空觀與相對論時(shí)空觀3.3宇宙的起源與演化,,一、經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍[觀圖助學(xué)],如圖是以牛頓為代表的對經(jīng)典力學(xué)做出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家，那么經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？經(jīng)典力學(xué)有哪些局限性？,1.經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：對于_______、_______(相對光速)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。,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(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)間間隔是絕對的。()(3)經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為物體的質(zhì)量是絕對的。()(4)不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和相對論都是適用的。(),,√,√,,二、經(jīng)典時(shí)空觀與相對論時(shí)空觀[觀圖助學(xué)],愛因斯坦提出相對論，由相對論時(shí)空觀可知，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)變慢及運(yùn)動(dòng)的尺子會(huì)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(shí)間膨脹效應(yīng)？,1.經(jīng)典時(shí)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jīng)典時(shí)空觀(絕對時(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。,牛頓運(yùn)動(dòng),牛頓運(yùn)動(dòng),力學(xué),等效的,無關(guān),無關(guān),(4)經(jīng)典時(shí)空觀的幾個(gè)具體結(jié)論①_______的絕對性；②__________的絕對性；③__________的絕對性；④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))無關(guān)。2.相對論時(shí)空觀(1)光

4、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。,同時(shí),時(shí)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(shè)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(gè)慣性系中，測得的真空中的光速都相同。(3)相對論時(shí)空觀①“同時(shí)”的相對性：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)參考系看來是___________的。②運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢：時(shí)鐘相對于觀察者_(dá)______時(shí)，走得快；相對于觀察者_(dá)______時(shí)，走得慢。運(yùn)動(dòng)速度越快，效果越明顯。③運(yùn)動(dòng)的尺子縮

5、短：一個(gè)物體相對于觀察者_(dá)______時(shí)，它的長度測量值最大；相對于觀察者_(dá)______時(shí)，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(zhì)量隨速度的_______而增大。,相同的,不同時(shí),靜止,運(yùn)動(dòng),靜止,運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng),短,增加,[理解概念],判斷下列說法是否正確。(1)時(shí)間和空間是緊密聯(lián)系、不可分割的屬于經(jīng)典時(shí)空觀的觀點(diǎn)。()(2)時(shí)間間隔具有相對性。()(3)物體的質(zhì)量永遠(yuǎn)不變。()(4)物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大。(),√,√,,√,經(jīng)典力學(xué)與相對論的比較,[觀察探究],如圖1甲，質(zhì)子束被加速到接近光速；如圖1乙，中子星是質(zhì)量、密度非常大的星體。請

6、思考：,,圖1,(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？(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(1)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)用狹義相對論、量子力學(xué)進(jìn)行研究。(2)中子星的引力規(guī)律屬于強(qiáng)引力范疇，經(jīng)典力學(xué)不再適用，應(yīng)該應(yīng)用廣義相對論進(jìn)行研究。,[探究歸納]1.區(qū)別,2.聯(lián)系(1)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。(2)相對論并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)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(jīng)典力學(xué)中，物

7、體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，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.以上說法都是錯(cuò)誤的,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；狹義相對論沒有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是狹義相對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。答案C,[針對訓(xùn)練1](多選)牛頓運(yùn)動(dòng)定律能適用于下列哪些情形()A

8、.研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)D.研究飛機(jī)從北京飛往紐約的航線解析牛頓運(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(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”，但相對于光速來說，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。答案BCD,相對論幾個(gè)效應(yīng)的理解,[觀察探究],地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是3104m/s；如圖2所示，設(shè)在美國伊利諾伊州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999999999987倍光

9、速的速度。請思考：,,圖2,(1)地球的公轉(zhuǎn)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(zhì)量比電子的靜止質(zhì)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(zhuǎn)速度屬于低速，加速后的電子速度屬于高速。(2)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)量增大了。,[探究歸納]1.兩個(gè)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(gè)物體的某一運(yùn)動(dòng)過程，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律形式不變。(2)光速不變原理：不管在哪個(gè)慣性系中，測得的真空中的光速都相同。表明了經(jīng)典時(shí)空觀與相對論時(shí)

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(shí)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(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