課件《相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性》高中物理課件

第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行1學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)相對(duì)論時(shí)空觀的學(xué)習(xí),初步了解相對(duì)論時(shí)空觀和牛頓力學(xué)時(shí)空觀的區(qū)別,能說(shuō)出愛(ài)因斯坦的兩個(gè)假設(shè).通過(guò)μ子壽命變長(zhǎng)驗(yàn)證高速運(yùn)動(dòng)中“長(zhǎng)度收縮效應(yīng)”和“時(shí)間延緩效應(yīng)”,強(qiáng)化證據(jù)意識(shí),進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)論證能力.2.通過(guò)對(duì)牛頓力學(xué)的成就和局限性的學(xué)習(xí),了解牛頓力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用和牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍.知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍,知道相對(duì)論、量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的關(guān)系,體會(huì)人類(lèi)對(duì)自然界的探索是不斷深入的.3.通過(guò)查閱資料關(guān)注宇宙起源和演化的研究進(jìn)展,初步了解典型的恒星演化過(guò)程,知道宇宙的構(gòu)成和演化是人類(lèi)正在探索的重要科學(xué)問(wèn)題,進(jìn)一步深化對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)相對(duì)論時(shí)空觀的學(xué)習(xí),初步了解相對(duì)論時(shí)2知識(shí)點(diǎn)一絕對(duì)時(shí)空觀(牛頓力學(xué)時(shí)空觀)答案:空間和時(shí)間都獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在.時(shí)間和空間是兩個(gè)獨(dú)立的觀念,彼此間沒(méi)有聯(lián)系.通俗地說(shuō)就是時(shí)間、長(zhǎng)度和質(zhì)量這三者都與參考系的選取無(wú)關(guān).閱讀教材第65頁(yè),簡(jiǎn)要說(shuō)明絕對(duì)時(shí)空觀的基本觀點(diǎn).知識(shí)點(diǎn)一絕對(duì)時(shí)空觀(牛頓力學(xué)時(shí)空觀)答案:空間和時(shí)間都獨(dú)立3知識(shí)點(diǎn)二相對(duì)論時(shí)空觀閱讀教材第65~67頁(yè),回答下列問(wèn)題.1.愛(ài)因斯坦為了解決什么矛盾而提出不同于絕對(duì)時(shí)空觀的假設(shè)?假設(shè)的內(nèi)容是什么?答案:按照絕對(duì)時(shí)空觀,光的傳播速度與參考系的選取有關(guān),而實(shí)驗(yàn)測(cè)得光的傳播速度與參考系的選取無(wú)關(guān),二者有矛盾.愛(ài)因斯坦的假設(shè):(1)在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是相同的;(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的.知識(shí)點(diǎn)二相對(duì)論時(shí)空觀閱讀教材第65~67頁(yè),回答下列問(wèn)題.42.在愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了兩個(gè)重要的結(jié)果.(1)如果相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ,地面上的人觀察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δt,那么二者之間的關(guān)系是

,由于物體的速度不可能達(dá)到光速,所以總有Δt>Δτ,此種情況稱為

.時(shí)間延緩效應(yīng)

2.在愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了兩5

長(zhǎng)度收縮效應(yīng)

長(zhǎng)度收縮效應(yīng)6知識(shí)點(diǎn)三牛頓力學(xué)的成就與局限性答案:當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律與牛頓力學(xué)結(jié)論不相符;微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)說(shuō)明.1.牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是

,

的建立與應(yīng)用更是確定了人們對(duì)牛頓力學(xué)的尊敬.在宏觀物體做低速運(yùn)動(dòng)的廣闊領(lǐng)域,牛頓力學(xué)與實(shí)際相符合,顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力.2.你能舉例說(shuō)出牛頓力學(xué)不能解釋哪些現(xiàn)象嗎?牛頓運(yùn)動(dòng)定律萬(wàn)有引力定律知識(shí)點(diǎn)三牛頓力學(xué)的成就與局限性答案:當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)73.如何理解相對(duì)論和量子力學(xué)與牛頓力學(xué)的關(guān)系?答案:當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí),相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別;當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別.相對(duì)論和量子力學(xué)都沒(méi)有否定牛頓力學(xué),只是認(rèn)為牛頓力學(xué)是在一定條件下的特殊情形.3.如何理解相對(duì)論和量子力學(xué)與牛頓力學(xué)的關(guān)系?答案:當(dāng)物體的8小試身手判斷下列說(shuō)法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”).1.洲際導(dǎo)彈的速度有時(shí)可達(dá)到6000m/s,這一速度屬于相對(duì)論中的高速.(

)2.在牛頓力學(xué)中,長(zhǎng)度的測(cè)量與參考系的運(yùn)動(dòng)情況無(wú)關(guān).(

)3.在相對(duì)論中,運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘和靜止的時(shí)鐘快慢相同.(

)4.對(duì)于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,相對(duì)論、量子力學(xué)與牛頓力學(xué)是一致的.(

)5.牛頓力學(xué)不適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體,但適用于微觀世.(

)×√×√×小試身手判斷下列說(shuō)法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤9探究一

相對(duì)論時(shí)空觀問(wèn)題情境

1.仔細(xì)分析兩個(gè)觀點(diǎn)的表達(dá)式,思考什么情況下速度引起的相對(duì)論效應(yīng)比較明顯.答案:物體在高速(接近光速)運(yùn)動(dòng)時(shí),相對(duì)論效應(yīng)比較明顯,不可以忽略;低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不明顯,可以忽略.探究一相對(duì)論時(shí)空觀問(wèn)題情境

1.仔細(xì)分析兩個(gè)觀點(diǎn)的表達(dá)式,10

答案:證據(jù)1:高速運(yùn)動(dòng)的μ子壽命變長(zhǎng)這一現(xiàn)象,用經(jīng)典理論無(wú)法解釋,用相對(duì)論時(shí)空觀可得到很好的解釋.這一研究結(jié)果成了相對(duì)論時(shí)空觀的最早證據(jù).證據(jù)2:在地面上將四只銫原子鐘調(diào)整同步,然后把它們分別放在兩架?chē)姎馐斤w機(jī)上做環(huán)球飛行,一架向東飛,另一架向西飛.兩架飛機(jī)各繞地球飛行一周后回到地面,與留在地面上的銫原子鐘進(jìn)行比較.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)言符合得很好,這是1971年進(jìn)行的宏觀驗(yàn)證.

答案:證據(jù)1:高速運(yùn)動(dòng)的μ子壽命變長(zhǎng)這一現(xiàn)象,用經(jīng)典理論無(wú)112、教學(xué)目標(biāo)與要求[師]從同學(xué)們剛才進(jìn)行的單位換算的過(guò)程中，是不是能總結(jié)出單位換算的一般規(guī)律呢?1．原子核的衰變[師]同學(xué)們表現(xiàn)得太棒了．單位統(tǒng)一以后，很容易就能比較出誰(shuí)運(yùn)動(dòng)得快了，誰(shuí)快呢?AZX→AZ＋1Y＋0－1e衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．2．對(duì)電磁波的理解(1)比較圖中代號(hào)為_(kāi)________的三個(gè)圖，可以說(shuō)明猜想A是否正確；[投影]注意：反沖運(yùn)動(dòng)中平均動(dòng)量守恒．2．反沖絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至被撞了回來(lái)，如圖所示．3.在牛頓力學(xué)和相對(duì)論中,位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中有何區(qū)別?答案:在牛頓力學(xué)中,同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同參考系中是相同的;在相對(duì)論中,同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同參考系中是不同的.2、教學(xué)目標(biāo)與要求3.在牛頓力學(xué)和相對(duì)論中,位移和時(shí)間的測(cè)量12過(guò)程建構(gòu)1.對(duì)相對(duì)論效應(yīng)的理解.(1)時(shí)間延緩效應(yīng)是一種觀測(cè)效應(yīng),不是時(shí)鐘走快了或走慢了,也不是被觀測(cè)過(guò)程的節(jié)奏變化了.(2)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)也是一種觀測(cè)效應(yīng),不是物體本身發(fā)生了收縮.另外,在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上不發(fā)生長(zhǎng)度收縮效應(yīng).過(guò)程建構(gòu)1.對(duì)相對(duì)論效應(yīng)的理解.132.對(duì)愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的理解.愛(ài)因斯坦假設(shè)包含兩個(gè)原理:(1)相對(duì)性原理.在某一個(gè)慣性系中描述某個(gè)物理系統(tǒng)的某個(gè)物理過(guò)程的物理規(guī)律,在其他一切慣性系中對(duì)該系統(tǒng)該過(guò)程做出描述的物理規(guī)律皆保持形式不變.例如,在地面上觀測(cè),上拋小球的運(yùn)動(dòng)遵循動(dòng)能定理,那么在勻速飛行的飛機(jī)上觀測(cè),上拋小球仍遵循同樣形式的動(dòng)能定理.(2)光速不變?cè)?在一切慣性系中觀測(cè)真空中傳播的光,其傳播速度均為c,與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān).這一結(jié)論實(shí)際上已被大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí).比如在真空環(huán)境中,靜止在勻速行駛列車(chē)中的觀察者與靜立于地面的觀察者,測(cè)得手電發(fā)出的光波的速度大小都是c.2.對(duì)愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的理解.14【典例1】(多選)設(shè)某人在以速度0.5c飛行的飛船上打開(kāi)一個(gè)光源,則下列說(shuō)法正確的是 (

)A.飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5cB.飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5cC.在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速是cD.在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c解析:根據(jù)光速不變?cè)?在一切慣性參考系中,測(cè)量到的真空中的光速c都是一樣的,故選項(xiàng)C、D正確.答案:CD【典例1】(多選)設(shè)某人在以速度0.5c飛行的飛船上打開(kāi)一個(gè)15探究二牛頓力學(xué)的成就與局限性問(wèn)題情境地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是3×104m/s,粒子對(duì)撞機(jī)(如圖所示)可以把質(zhì)子加速到接近于光速.粒子對(duì)撞機(jī)探究二牛頓力學(xué)的成就與局限性問(wèn)題情境地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是161.地球的公轉(zhuǎn)速度在相對(duì)論中屬于低速還是高速?被加速后的質(zhì)子的速度呢?答案:地球公轉(zhuǎn)速度屬于低速,被加速后的質(zhì)子的速度接近光速,屬于高速.2.應(yīng)該選用哪種理論研究地球的公轉(zhuǎn)和被加速后的質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)?答案:研究地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)選用牛頓力學(xué),研究高速粒子的運(yùn)動(dòng)應(yīng)選用相對(duì)論.1.地球的公轉(zhuǎn)速度在相對(duì)論中屬于低速還是高速?被加速后的質(zhì)子17過(guò)程建構(gòu)牛頓力學(xué)與相對(duì)論、量子力學(xué)的比較.牛頓力學(xué)與相對(duì)論牛頓力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體;相對(duì)論闡述物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律牛頓力學(xué)與量子力學(xué)牛頓力學(xué)適用于宏觀世界;量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(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)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別.(2)當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別.(3)相對(duì)論和量子力學(xué)并沒(méi)有否定牛頓力學(xué),牛頓力學(xué)是二者在一定條件下的特殊情形.過(guò)程建構(gòu)牛頓力學(xué)與相對(duì)論、量子力學(xué)的比較.牛頓力學(xué)牛頓力學(xué)適18【典例2】關(guān)于牛頓力學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是(

)A.相對(duì)論和牛頓力學(xué)是相互對(duì)立、互不相容的兩種理論B.牛頓力學(xué)包含于相對(duì)論之中,牛頓力學(xué)是相對(duì)論的特例C.牛頓力學(xué)只適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),量子力學(xué)只適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D.不論是宏觀物體,還是微觀粒子,牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的解析:相對(duì)論沒(méi)有否定牛頓力學(xué),牛頓力學(xué)是相對(duì)論在一定條件下的特殊情形,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確.牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速的領(lǐng)域,不論是宏觀物體還是微觀粒子,量子力學(xué)都是適用的,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.答案:B【典例2】關(guān)于牛頓力學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是(19理解相對(duì)論和量子力學(xué)的兩點(diǎn)注意(1)相對(duì)論和量子力學(xué)不是科學(xué)家的主觀臆想,是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)的,相對(duì)論和量子力學(xué)所描述的現(xiàn)象分別是高速世界和微觀世界確定存在的事實(shí).(2)理解相對(duì)論和量子力學(xué)需要增強(qiáng)對(duì)高速世界、微觀世界的感性認(rèn)識(shí),跳出已有的對(duì)低速、宏觀領(lǐng)域的固有思維和認(rèn)識(shí).理解相對(duì)論和量子力學(xué)的兩點(diǎn)注意20課堂評(píng)價(jià)答案:ABC1.(多選)牛頓力學(xué)規(guī)律適用于(

)A.子彈的飛行B.飛船繞地球的運(yùn)行C.列車(chē)的運(yùn)行

D.接近光速的粒子的運(yùn)動(dòng)課堂評(píng)價(jià)答案:ABC1.(多選)牛頓力學(xué)規(guī)律適用于()21答案:B2.關(guān)于牛頓力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 (

)A.僅適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)B.適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)C.牛頓力學(xué)中,物體的質(zhì)量與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)D.牛頓力學(xué)中,物體的長(zhǎng)度與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)答案:B2.關(guān)于牛頓力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 ()223.關(guān)于牛頓力學(xué)和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 (

)A.不論是對(duì)宏觀物體還是微觀粒子,牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B.量子力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),牛頓力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)C.牛頓力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D.上述說(shuō)法都是錯(cuò)誤的答案:C3.關(guān)于牛頓力學(xué)和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 ()答案:23答案:D4.A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘,A放在地面上,B、C分別放在兩個(gè)火箭上,以速度vB和vC朝同一方向飛行,vB>vC.在地面上的人看來(lái),關(guān)于時(shí)鐘走的快慢的說(shuō)法正確的是(

)A.B鐘走得最快,C鐘走得最慢B.A鐘走得最快,C鐘走得最慢C.C鐘走得最快,B鐘走得最慢D.A鐘走得最快,B鐘走得最慢答案:D4.A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘,A放在地面上,B24第一節(jié)動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用(實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律)（二）過(guò)程和方法學(xué)具：光具座、光屏、蠟燭、白紙、焦距不同的三個(gè)凸透鏡。②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)；(1)比較圖中代號(hào)為_(kāi)________的三個(gè)圖，可以說(shuō)明猜想A是否正確；[放錄像]10n→11H＋0－1e衰變規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒(1)發(fā)射條件：足夠高的頻率和開(kāi)放電路．2．半衰期（2）設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。一、動(dòng)量動(dòng)量定理(1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34J·s(稱為普朗克常量)．3．電磁波(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV時(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能．為驗(yàn)證猜想A是否正確，必須在同一液體中的同一深度，轉(zhuǎn)動(dòng)金屬盒，將橡皮膜分別轉(zhuǎn)向各個(gè)不同的方向，觀察U形管兩管中水面的高度差是否變化，所以應(yīng)選圖中代號(hào)為A、B、C三個(gè)圖；檢驗(yàn)猜想B是否正確，要分別將金屬盒放在不同液體的同一深度，觀察兩管中水面的變化情況，故應(yīng)選代號(hào)為E、F的兩個(gè)圖；為檢驗(yàn)猜想C是否正確，要將金屬盒分別放在同一液體的不同深度，觀察兩管中水面的變化情況，故應(yīng)選代號(hào)為A、D、E(或B、D、E或C、D、E)。4、船閘是最大的連通器，為了讓學(xué)生獲得一定的感性認(rèn)識(shí)，我把船通過(guò)船閘的過(guò)程制作成動(dòng)畫(huà)模型，讓學(xué)生對(duì)船閘工作過(guò)程了解清楚，加深對(duì)連通器的理解，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理科學(xué)的巨大作用。并以船閘為契機(jī)，挖掘蘊(yùn)藏著的愛(ài)國(guó)主義教育素材，培養(yǎng)學(xué)生的民族自信心和自豪感。(3)速度要合理．月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來(lái)自地球引力2、由連通器的水面相平引導(dǎo)學(xué)生去思考連通器的原理。學(xué)生直接答出連通器的原理有些困難，這時(shí)我通過(guò)多媒體演示連通器原理的動(dòng)畫(huà)，加深學(xué)生的理解。1、眼球的結(jié)構(gòu)?！裢ㄟ^(guò)課堂教學(xué)和課外活動(dòng)，使學(xué)生具有眼保健意識(shí)。3、近視眼的成因和矯正。(2)光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的，光速與光源、觀測(cè)者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系．(1)結(jié)合能總之，讓學(xué)生通過(guò)各種形式的自主學(xué)習(xí)，投入到研究性學(xué)習(xí)過(guò)程中去，嘗試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的方法，領(lǐng)悟解決問(wèn)題的途徑，體味獲得知識(shí)的過(guò)程是本節(jié)課設(shè)計(jì)的主題；主動(dòng)參與、親身實(shí)踐、獨(dú)立思考、合作探究、敢于創(chuàng)新是本節(jié)課學(xué)生活動(dòng)的行動(dòng)指南。1、作業(yè)設(shè)計(jì)第一節(jié)動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用(實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律)3．電25第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行26學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)相對(duì)論時(shí)空觀的學(xué)習(xí),初步了解相對(duì)論時(shí)空觀和牛頓力學(xué)時(shí)空觀的區(qū)別,能說(shuō)出愛(ài)因斯坦的兩個(gè)假設(shè).通過(guò)μ子壽命變長(zhǎng)驗(yàn)證高速運(yùn)動(dòng)中“長(zhǎng)度收縮效應(yīng)”和“時(shí)間延緩效應(yīng)”,強(qiáng)化證據(jù)意識(shí),進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)論證能力.2.通過(guò)對(duì)牛頓力學(xué)的成就和局限性的學(xué)習(xí),了解牛頓力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用和牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍.知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍,知道相對(duì)論、量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的關(guān)系,體會(huì)人類(lèi)對(duì)自然界的探索是不斷深入的.3.通過(guò)查閱資料關(guān)注宇宙起源和演化的研究進(jìn)展,初步了解典型的恒星演化過(guò)程,知道宇宙的構(gòu)成和演化是人類(lèi)正在探索的重要科學(xué)問(wèn)題,進(jìn)一步深化對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)相對(duì)論時(shí)空觀的學(xué)習(xí),初步了解相對(duì)論時(shí)27知識(shí)點(diǎn)一絕對(duì)時(shí)空觀(牛頓力學(xué)時(shí)空觀)答案:空間和時(shí)間都獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在.時(shí)間和空間是兩個(gè)獨(dú)立的觀念,彼此間沒(méi)有聯(lián)系.通俗地說(shuō)就是時(shí)間、長(zhǎng)度和質(zhì)量這三者都與參考系的選取無(wú)關(guān).閱讀教材第65頁(yè),簡(jiǎn)要說(shuō)明絕對(duì)時(shí)空觀的基本觀點(diǎn).知識(shí)點(diǎn)一絕對(duì)時(shí)空觀(牛頓力學(xué)時(shí)空觀)答案:空間和時(shí)間都獨(dú)立28知識(shí)點(diǎn)二相對(duì)論時(shí)空觀閱讀教材第65~67頁(yè),回答下列問(wèn)題.1.愛(ài)因斯坦為了解決什么矛盾而提出不同于絕對(duì)時(shí)空觀的假設(shè)?假設(shè)的內(nèi)容是什么?答案:按照絕對(duì)時(shí)空觀,光的傳播速度與參考系的選取有關(guān),而實(shí)驗(yàn)測(cè)得光的傳播速度與參考系的選取無(wú)關(guān),二者有矛盾.愛(ài)因斯坦的假設(shè):(1)在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式都是相同的;(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的.知識(shí)點(diǎn)二相對(duì)論時(shí)空觀閱讀教材第65~67頁(yè),回答下列問(wèn)題.292.在愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了兩個(gè)重要的結(jié)果.(1)如果相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ,地面上的人觀察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δt,那么二者之間的關(guān)系是

,由于物體的速度不可能達(dá)到光速,所以總有Δt>Δτ,此種情況稱為

.時(shí)間延緩效應(yīng)

2.在愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了兩30

長(zhǎng)度收縮效應(yīng)

長(zhǎng)度收縮效應(yīng)31知識(shí)點(diǎn)三牛頓力學(xué)的成就與局限性答案:當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律與牛頓力學(xué)結(jié)論不相符;微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)說(shuō)明.1.牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是

,

的建立與應(yīng)用更是確定了人們對(duì)牛頓力學(xué)的尊敬.在宏觀物體做低速運(yùn)動(dòng)的廣闊領(lǐng)域,牛頓力學(xué)與實(shí)際相符合,顯示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性和牛頓力學(xué)的魅力.2.你能舉例說(shuō)出牛頓力學(xué)不能解釋哪些現(xiàn)象嗎?牛頓運(yùn)動(dòng)定律萬(wàn)有引力定律知識(shí)點(diǎn)三牛頓力學(xué)的成就與局限性答案:當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)323.如何理解相對(duì)論和量子力學(xué)與牛頓力學(xué)的關(guān)系?答案:當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí),相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別;當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別.相對(duì)論和量子力學(xué)都沒(méi)有否定牛頓力學(xué),只是認(rèn)為牛頓力學(xué)是在一定條件下的特殊情形.3.如何理解相對(duì)論和量子力學(xué)與牛頓力學(xué)的關(guān)系?答案:當(dāng)物體的33小試身手判斷下列說(shuō)法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”).1.洲際導(dǎo)彈的速度有時(shí)可達(dá)到6000m/s,這一速度屬于相對(duì)論中的高速.(

)2.在牛頓力學(xué)中,長(zhǎng)度的測(cè)量與參考系的運(yùn)動(dòng)情況無(wú)關(guān).(

)3.在相對(duì)論中,運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘和靜止的時(shí)鐘快慢相同.(

)4.對(duì)于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,相對(duì)論、量子力學(xué)與牛頓力學(xué)是一致的.(

)5.牛頓力學(xué)不適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體,但適用于微觀世.(

)×√×√×小試身手判斷下列說(shuō)法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤34探究一

相對(duì)論時(shí)空觀問(wèn)題情境

1.仔細(xì)分析兩個(gè)觀點(diǎn)的表達(dá)式,思考什么情況下速度引起的相對(duì)論效應(yīng)比較明顯.答案:物體在高速(接近光速)運(yùn)動(dòng)時(shí),相對(duì)論效應(yīng)比較明顯,不可以忽略;低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不明顯,可以忽略.探究一相對(duì)論時(shí)空觀問(wèn)題情境

1.仔細(xì)分析兩個(gè)觀點(diǎn)的表達(dá)式,35

答案:證據(jù)1:高速運(yùn)動(dòng)的μ子壽命變長(zhǎng)這一現(xiàn)象,用經(jīng)典理論無(wú)法解釋,用相對(duì)論時(shí)空觀可得到很好的解釋.這一研究結(jié)果成了相對(duì)論時(shí)空觀的最早證據(jù).證據(jù)2:在地面上將四只銫原子鐘調(diào)整同步,然后把它們分別放在兩架?chē)姎馐斤w機(jī)上做環(huán)球飛行,一架向東飛,另一架向西飛.兩架飛機(jī)各繞地球飛行一周后回到地面,與留在地面上的銫原子鐘進(jìn)行比較.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)言符合得很好,這是1971年進(jìn)行的宏觀驗(yàn)證.

答案:證據(jù)1:高速運(yùn)動(dòng)的μ子壽命變長(zhǎng)這一現(xiàn)象,用經(jīng)典理論無(wú)362、教學(xué)目標(biāo)與要求[師]從同學(xué)們剛才進(jìn)行的單位換算的過(guò)程中，是不是能總結(jié)出單位換算的一般規(guī)律呢?1．原子核的衰變[師]同學(xué)們表現(xiàn)得太棒了．單位統(tǒng)一以后，很容易就能比較出誰(shuí)運(yùn)動(dòng)得快了，誰(shuí)快呢?AZX→AZ＋1Y＋0－1e衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．2．對(duì)電磁波的理解(1)比較圖中代號(hào)為_(kāi)________的三個(gè)圖，可以說(shuō)明猜想A是否正確；[投影]注意：反沖運(yùn)動(dòng)中平均動(dòng)量守恒．2．反沖絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至被撞了回來(lái)，如圖所示．3.在牛頓力學(xué)和相對(duì)論中,位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中有何區(qū)別?答案:在牛頓力學(xué)中,同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同參考系中是相同的;在相對(duì)論中,同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同參考系中是不同的.2、教學(xué)目標(biāo)與要求3.在牛頓力學(xué)和相對(duì)論中,位移和時(shí)間的測(cè)量37過(guò)程建構(gòu)1.對(duì)相對(duì)論效應(yīng)的理解.(1)時(shí)間延緩效應(yīng)是一種觀測(cè)效應(yīng),不是時(shí)鐘走快了或走慢了,也不是被觀測(cè)過(guò)程的節(jié)奏變化了.(2)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)也是一種觀測(cè)效應(yīng),不是物體本身發(fā)生了收縮.另外,在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上不發(fā)生長(zhǎng)度收縮效應(yīng).過(guò)程建構(gòu)1.對(duì)相對(duì)論效應(yīng)的理解.382.對(duì)愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的理解.愛(ài)因斯坦假設(shè)包含兩個(gè)原理:(1)相對(duì)性原理.在某一個(gè)慣性系中描述某個(gè)物理系統(tǒng)的某個(gè)物理過(guò)程的物理規(guī)律,在其他一切慣性系中對(duì)該系統(tǒng)該過(guò)程做出描述的物理規(guī)律皆保持形式不變.例如,在地面上觀測(cè),上拋小球的運(yùn)動(dòng)遵循動(dòng)能定理,那么在勻速飛行的飛機(jī)上觀測(cè),上拋小球仍遵循同樣形式的動(dòng)能定理.(2)光速不變?cè)?在一切慣性系中觀測(cè)真空中傳播的光,其傳播速度均為c,與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān).這一結(jié)論實(shí)際上已被大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí).比如在真空環(huán)境中,靜止在勻速行駛列車(chē)中的觀察者與靜立于地面的觀察者,測(cè)得手電發(fā)出的光波的速度大小都是c.2.對(duì)愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的理解.39【典例1】(多選)設(shè)某人在以速度0.5c飛行的飛船上打開(kāi)一個(gè)光源,則下列說(shuō)法正確的是 (

)A.飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5cB.飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5cC.在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速是cD.在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c解析:根據(jù)光速不變?cè)?在一切慣性參考系中,測(cè)量到的真空中的光速c都是一樣的,故選項(xiàng)C、D正確.答案:CD【典例1】(多選)設(shè)某人在以速度0.5c飛行的飛船上打開(kāi)一個(gè)40探究二牛頓力學(xué)的成就與局限性問(wèn)題情境地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是3×104m/s,粒子對(duì)撞機(jī)(如圖所示)可以把質(zhì)子加速到接近于光速.粒子對(duì)撞機(jī)探究二牛頓力學(xué)的成就與局限性問(wèn)題情境地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是411.地球的公轉(zhuǎn)速度在相對(duì)論中屬于低速還是高速?被加速后的質(zhì)子的速度呢?答案:地球公轉(zhuǎn)速度屬于低速,被加速后的質(zhì)子的速度接近光速,屬于高速.2.應(yīng)該選用哪種理論研究地球的公轉(zhuǎn)和被加速后的質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)?答案:研究地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)選用牛頓力學(xué),研究高速粒子的運(yùn)動(dòng)應(yīng)選用相對(duì)論.1.地球的公轉(zhuǎn)速度在相對(duì)論中屬于低速還是高速?被加速后的質(zhì)子42過(guò)程建構(gòu)牛頓力學(xué)與相對(duì)論、量子力學(xué)的比較.牛頓力學(xué)與相對(duì)論牛頓力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體;相對(duì)論闡述物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律牛頓力學(xué)與量子力學(xué)牛頓力學(xué)適用于宏觀世界;量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(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)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別.(2)當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)別.(3)相對(duì)論和量子力學(xué)并沒(méi)有否定牛頓力學(xué),牛頓力學(xué)是二者在一定條件下的特殊情形.過(guò)程建構(gòu)牛頓力學(xué)與相對(duì)論、量子力學(xué)的比較.牛頓力學(xué)牛頓力學(xué)適43【典例2】關(guān)于牛頓力學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是(

)A.相對(duì)論和牛頓力學(xué)是相互對(duì)立、互不相容的兩種理論B.牛頓力學(xué)包含于相對(duì)論之中,牛頓力學(xué)是相對(duì)論的特例C.牛頓力學(xué)只適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),量子力學(xué)只適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D.不論是宏觀物體,還是微觀粒子,牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的解析:相對(duì)論沒(méi)有否定牛頓力學(xué),牛頓力學(xué)是相對(duì)論在一定條件下的特殊情形,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確.牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速的領(lǐng)域,不論是宏觀物體還是微觀粒子,量子力學(xué)都是適用的,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.答案:B【典例2】關(guān)于牛頓力學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是(44理解相對(duì)論和量子力學(xué)的兩點(diǎn)注意(1)相對(duì)論和量子力學(xué)不是科學(xué)家的主觀臆想,是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)的,相對(duì)論和量子力學(xué)所描述的現(xiàn)象分別是高速世界和微觀世界確定存在的事實(shí).(2)理解相對(duì)論和量子力學(xué)需要增強(qiáng)對(duì)高速世界、微觀世界的感性認(rèn)識(shí),跳出已有的對(duì)低速、宏觀領(lǐng)域的固有思維和認(rèn)識(shí).理解相對(duì)論和量子力學(xué)的兩點(diǎn)注意45課堂評(píng)價(jià)答案:ABC1.(多選)牛頓力學(xué)規(guī)律適用于(

)A.子彈的飛行B.飛船繞地球的運(yùn)行C.列車(chē)的運(yùn)行

D.接近光速的粒子的運(yùn)動(dòng)課堂評(píng)價(jià)答案:ABC1.(多選)牛頓力學(xué)規(guī)律適用于()46答案:B2.關(guān)于牛頓力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 (

)A.僅適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)B.適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)C.牛頓力學(xué)中,物體的質(zhì)量與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)D.牛頓力學(xué)中,物體的長(zhǎng)度與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)答案:B2.關(guān)于牛頓力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 ()473.關(guān)于牛頓力學(xué)和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 (

)A.不論是對(duì)宏觀物體還是微觀粒子,牛頓力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B.量子力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),牛頓力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)C.牛頓力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D.上述說(shuō)法都是錯(cuò)誤的答案:C3.關(guān)于牛頓力學(xué)和量子力學(xué),下列說(shuō)法正確的是 ()