粵教版必修2 經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀宇宙的起源與演化 課件（26張）.pptx

經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀宇宙的起源與演化 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(duì)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(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 宏觀 低速 速率 光速 能量不連續(xù) 理解概念 判斷下列說(shuō)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(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 二 經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀 觀圖助學(xué) 愛(ài)因斯坦提出相對(duì)論 由相對(duì)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?cè)谌粘Ｉ钪袕奈醋⒁獾介L(zhǎng)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 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 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 牛頓運(yùn)動(dòng) 牛頓運(yùn)動(dòng) 力學(xué) 等效的 無(wú)關(guān) 無(wú)關(guān) 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) 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 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(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)?不管在哪個(gè)慣性系中 測(cè)得的真空中的光速都相同 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 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(shuō)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(duì)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(duì)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(qǐng)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(duì)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(duì)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(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 試題案例 例1 2018 汕頭高一檢測(cè) 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 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 答案c 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 答案bcd 相對(duì)論幾個(gè)效應(yīng)的理解 觀察探究 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是3 104m 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 999999999987倍光速的速度 請(qǐng)思考 圖2 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 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(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 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(duì)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(guò)程 其運(yùn)動(dòng)規(guī)律形式不變 2 光速不變?cè)?不管在哪個(gè)慣性系中 測(cè)得的真空中的光速都相同 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 圖3 試題案例 例2 一艘太空飛船靜止時(shí)的長(zhǎng)度為30m 他以0 6c c為光速 的速度沿長(zhǎng)度方向飛行越過(guò)地球 下列說(shuō)法正確的是 a 飛船上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度小于30mb 地球上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度小于30mc 飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度小于cd 地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度小于c 答案b 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