粵教版高中物理必修二課件：經典力學的成就與局限性

第5章經典力學與物理學革命2/5/2023第一節(jié)經典力學的成就與局限性

第二節(jié)經典時空觀與相對論時空觀2/5/2023

核心要點突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓練課前自主學案第一節(jié)經典力學的成就與局限性

第二節(jié)經典時空觀與相對論時空觀課標定位2/5/2023課標定位

學習目標：1.了解經典力學的成就和局限性．2．知道經典力學時空觀的有關內容．3．知道狹義相對論的兩個假設和有關結論．4．能用狹義相對論的有關原理簡要分析有關現(xiàn)象．重點難點：狹義相對論的兩個假設．2/5/2023課前自主學案一、經典力學的發(fā)展歷程1．伽利略之前人們對力學現(xiàn)象的研究大多直接反映在技術之中或融合在哲學之內，物理學就整體而言還沒有成為獨立的科學．(在這個階段作出突出貢獻的是阿基米德)2/5/20232．從伽利略到牛頓這一階段是經典力學從基本定律到建成理論體系的階段．為經典力學打下重要基礎的物理學家有：(1)伽利略：發(fā)現(xiàn)了慣性定律、落體定律和力學相對性原理，奠定了動力學的基礎．(2)笛卡兒：在伽利略研究的基礎上，第一次比較完整地表述了慣性定律，并強調了伽利略沒有明確表述的慣性運動的直線性．2/5/2023(3)惠更斯：全面細致地解決了完全彈性碰撞問題．(4)開普勒：發(fā)現(xiàn)了行星運動定律．(5)牛頓：在前人研究的基礎上，采用了______與______、______與______的方法，總結出一套普遍適用的力學運動規(guī)律——牛頓運動定律和________________，建立了完整的經典力學(也稱牛頓力學或古典力學)體系，物理學從此成為一門成熟的自然科學．歸納演繹綜合分析萬有引力定律2/5/20233．牛頓之后這一階段主要是后人對經典力學的表述形式和應用對象進行了拓展和完善．(1)19世紀，經典力學的發(fā)展表現(xiàn)為一些科學家在不改變_____的條件下，用新的、更簡潔的形式重新表述了牛頓運動定律，形成了分析力學．(2)經典力學由單個質點推廣到________構成的系統(tǒng)：首先建立了剛體力學，隨后又出現(xiàn)了彈性力學、塑性力學、流體力學等．實質多質點2/5/2023二、經典力學的偉大成就1．經典力學把__________和地上物體的運動統(tǒng)一起來，從力學上證明了自然界的多樣性的統(tǒng)一，實現(xiàn)了人類對自然界認識的第一次理論大綜合．2．在研究方法上，人們把經典力學中行之有效的____________相結合的方法推廣到物理學的各個分支學科上，相繼建立了熱學、聲學、光學、電磁學等，從而形成了完整的經典物理學體系．天上物體實驗和數(shù)學2/5/20233．經典力學與其他基礎科學相結合產生了一些交叉性的分支學科，最早的是與天文學結合產生的__________，成為現(xiàn)代高度發(fā)達的航空航天技術的理論基礎．沒有經典力學也就沒有今天的空間科學．4．20世紀以來，出現(xiàn)了更多的與經典力學相結合的交叉學科．天體力學2/5/2023思考感悟經典力學的建立，把人類對整個自然界的認識推進到一個新的水平，那么，經典力學對人們的思想觀念和近代自然科學的發(fā)展產生了怎樣的影響？對科學技術的發(fā)展和社會文明的進步起了怎樣的作用？提示：深刻而廣泛的影響很大的促進作用2/5/2023三、經典力學的局限性和適用范圍1．局限性(1)經典力學的應用受到物體___________的限制．當物體的速率接近_____時經典力學不再成立．(2)牛頓運動定律不適用于_____領域中物質結構和能量不連續(xù)的現(xiàn)象．2．適用范圍經典力學只適用于_____運動的_____物體．運動速率光速微觀低速宏觀2/5/2023四、經典時空觀1．慣性系與非慣性系定義：牛頓運動定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系.牛頓運動定律不成立的參考系，稱為非慣性系．2．伽利略的相對性原理概述：對于所有的慣性系,力學規(guī)律是________,或者說一切慣性系都是________．相同的等效的2/5/20233．經典力學的時空觀(1)概述：絕對的真實的數(shù)學時間,就其本質而言，是永遠均勻地流逝，與任何外界無關．絕對空間就其本質而言是與任何外界事物無關的，它從不運動，并且永遠不變.這就是經典力學的時空觀，也稱為絕對時空觀．(2)幾個具體結論①______的絕對性．②______間隔的絕對性．③__________的絕對性．同時時間空間距離2/5/2023五、相對論時空觀1．狹義相對論的兩個假設(1)在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都相同——________原理．(2)不管在哪個慣性系中，測得的真空中的光速都相同——__________原理．這是愛因斯坦在前人的實驗基礎上提出的假設，這兩個假設就是狹義相對論的基礎．相對性光速不變2/5/20232．狹義相對論的幾個結論(1)“同時”的________；(2)運動的時鐘______；(3)運動的尺子______；(4)物體質量隨速度的增加而______．相對性變慢縮短增大2/5/2023核心要點突破一、經典力學的局限性和適用范圍

1．經典力學的應用受到物體運動速率的限制．當物體運動的速率接近于真空中的光速時，經典力學的許多觀念將發(fā)生重大變化．2．牛頓運動定律不適用于微觀領域中物質結構和能量不連續(xù)的現(xiàn)象.19世紀和20世紀之交，物理學的三大發(fā)現(xiàn)，即X射線的發(fā)現(xiàn)、電子的發(fā)現(xiàn)和放射性的發(fā)現(xiàn)，使物理學的研究由宏觀領域進入微觀領域，特別是20世紀初，量子力學的建立，出現(xiàn)了與經典力學不同的新觀念．2/5/2023特別提醒：(1)宏觀世界粒子的運動特點：粒子具有確定的運動軌跡，根據(jù)質點的運動規(guī)律，應用牛頓力學可以準確預測質點在某時刻的位置．(2)微觀世界粒子的運動特點：就單個粒子而言，運動沒有確定的運動軌跡，微觀粒子既有粒子性，又有波動性．2/5/20232/5/2023解析：選A.人們對客觀世界的認識要受到所處時代的客觀條件和科學水平的制約，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人們只有不斷擴展自己的認識，才能掌握更廣闊領域的不同事物的本質與規(guī)律；新的科學的誕生并不意味著對原來科學的全盤否定，只能認為過去的科學是新的科學在一定條件下的特殊情形．2/5/2023二、經典時空觀與相對論時空觀1．經典力學的時空觀(1)空間是絕對靜止不動的(即絕對空間)，時間是絕對不變的(即絕對時間)．(2)空間和時間跟任何外界物質的存在及其運動情況無關．(3)空間是三維歐幾里得空間，時間是一維的，空間和時間彼此獨立．2/5/20232．狹義相對論的幾個結論(1)“同時”的相對性對于光速不變的原理的證明，首先對“同時”這個概念進行了研究：在一個慣性系中同時發(fā)生兩個事件，在另一個慣性系中可能是不同時的，即“同時”是相對的．2/5/2023(2)運動的時鐘變慢(鐘慢效應)時鐘相對于觀察者運動時，觀察者會看到它變慢了，運動速度越快，效果越明顯．即運動的時鐘變慢．在運動參考系中的時間節(jié)奏變緩慢了.(一切物理過程、化學過程乃至觀察者自己的生命節(jié)奏均變慢了)日常生活中的時間延緩效應可以忽略，在運動速度接近光速時,則變得特別重要．2/5/2023(3)運動的尺子縮短(尺縮效應)一根沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小，而在垂直于運動方向上，桿的長度沒有變化.(4)物體的質量隨速度的增加而增大物體運動時的質量比靜止時的質量大，且速度越大，質量越大，當速度接近光速時，質量趨于無窮大．2/5/2023特別提醒：相對論的研究對象是超越我們日常經驗的高速運動世界和廣闊的宇宙，這是我們難以理解相對論的主要原因．當速度很大時，長度和時間都跟著變化了，這時對宇宙的看法也必然要變化，長度和時間與物質是緊密相關的，是不能離開物質而獨立存在的．2/5/2023即時應用(即時突破，小試牛刀)2．(單選)如圖5－1－1所示，世界上有各式各樣的鐘：砂鐘、電鐘、機械鐘、光鐘、生物鐘，既然運動可以使某一種鐘變慢．它一定會使所有的鐘都一樣變慢．這種說法是(

)圖5－1－12/5/2023A．對的，對各種鐘的影響必須相同B．不對，不一定對所有鐘的影響都一樣C．光鐘受影響最大D．生物鐘不受影響2/5/2023解析：選A.將不同類型的兩架鐘調整到速度相同，并將它們密封在一個盒子中，再讓該盒子以勻速運動．如果運動對一架鐘的影響比另一架大，則坐在盒子里的人就能看到兩架鐘的差別，因而可以知道盒子是在運動，顯然這違反了相對論的基本原理：一個密閉在盒子中的人是無法辨認自己是處于靜止狀態(tài)，還是勻速運動狀態(tài)的，所以一架鐘變慢時，所有鐘必定都變慢，且變慢的程度一定嚴格相同．正確答案選A.2/5/2023課堂互動講練經典力學的局限性和適用范圍類型一(雙選)19世紀和20世紀之交，經典物理學已達到了完整、成熟的階段，但“在物理學晴朗天空的遠處還有兩朵小小的、令人不安的烏云”,人們發(fā)現(xiàn)了經典物理學也有無法解釋的實驗事實,“兩朵烏云”是指(

)A．宏觀問題B．高速問題C．微觀問題D．低速問題例12/5/2023【精講精析】由伽利略和牛頓創(chuàng)立的經典力學及物理學的各個分支，在19世紀相繼進入鼎盛時期，它的完美和威力使物理學家深信，天地四方、古往今來的一切現(xiàn)象都能夠用經典力學來描述．但是當人們用經典力學來解釋原子內部結構的微觀世界和接近光速的高速運動的物體時，發(fā)現(xiàn)與實際情況有很大的出入，這令許多物理學家感到困惑，成為“令人不安的烏云”．故選項B、C正確．【答案】

BC2/5/2023(單選)(2010年高考北京卷)屬于狹義相對論基本假設的是：在不同的慣性系中()A．真空中光速不變B．時間間隔具有相對性C．物體的質量不變D．物體的能量與質量成正比狹義相對論的兩個基本假設類型二例22/5/2023【精講精析】狹義相對論的基本假設有：(1)狹義相對論的相對性原理：一切彼此做勻速直線運動的慣性參考系，對于描寫運動的一切規(guī)律來說都是等價的；(2)光速不變原理：對任一慣性參考系，真空中的光速都相等，所以只有A項正確．【答案】

A2/5/2023(單選)在日常生活中，我們并沒有發(fā)現(xiàn)物體的質量隨著物體運動速度的變化而變化，其原因是()A．運動中的物體無法稱量質量B．物體的速度遠小于光速，質量變化極小C．物體的質量太小D．物體的質量不隨速度的變化而變化相對論效應類型三