《7.5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性》教學(xué)設(shè)計(jì)、導(dǎo)學(xué)案同步練習(xí)

1/18《7.5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性》教學(xué)設(shè)計(jì)課題相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性單元7年級(jí)高一教材分析本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修第二冊(cè)第七章第5節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容是學(xué)習(xí)完經(jīng)典力學(xué)以后所做的介紹性質(zhì)內(nèi)容，它可以拓展學(xué)生的知識(shí)面、展示科學(xué)探究的無(wú)限可能，建立科學(xué)思想、科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)科學(xué)精神，在情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面發(fā)揮應(yīng)有的教育功能。本節(jié)教材先介紹相對(duì)論時(shí)空觀，并給出了時(shí)間延緩效應(yīng)，長(zhǎng)度收縮效應(yīng)。然后講解了牛頓力學(xué)的成就與局限性，讓學(xué)生體會(huì)任何學(xué)科都有局限性，并不是牛頓力學(xué)過時(shí)了，要理解各自成立的條件。教學(xué)目標(biāo)一、教學(xué)目標(biāo)1．知道以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍。2．知道相對(duì)論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系。3．通過對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無(wú)窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神。二、核心素養(yǎng)物理觀念：了解相對(duì)論-量子論的建立對(duì)人類深入認(rèn)識(shí)客觀世界的作用，知道物理學(xué)改變?nèi)藗兪澜缬^的作用?？茖W(xué)思維：經(jīng)歷科學(xué)家建立相對(duì)論和量子論的思維探索過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)思維的意義?？茖W(xué)探究：通過閱讀課文體會(huì)一切科學(xué)都有自己的局限性，新的理論會(huì)不斷完善和補(bǔ)充舊的理論，人類對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是無(wú)止境的?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無(wú)窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神。教學(xué)重點(diǎn)了解經(jīng)典力學(xué)的局限性教學(xué)難點(diǎn)了解相對(duì)論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律更是樹立了人們對(duì)牛頓物理學(xué)的尊敬。通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道從天體的運(yùn)動(dòng)到地面上的各種物體的運(yùn)動(dòng)，從大氣的流動(dòng)到地殼的變動(dòng)，所有這些都服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。那么，是不是任何情境下都遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律呢？學(xué)生回顧已學(xué)知識(shí)并思考通過問題引發(fā)學(xué)生的思考從而引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣講授新課一、牛頓力學(xué)時(shí)空觀1、牛頓力學(xué)時(shí)空觀時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。這種絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。在牛頓力學(xué)時(shí)空觀里，時(shí)間像一條看不見的“長(zhǎng)河”，均勻地自行流逝著，空間像一個(gè)廣闊無(wú)邊的房間，它們都不影響物體及其運(yùn)動(dòng)。所以不管選什么參考系，不管物體怎么運(yùn)動(dòng)，物體的時(shí)間、長(zhǎng)度、質(zhì)量等等的測(cè)量結(jié)果肯定是一樣的。思考1：若河中的水以相對(duì)于岸的速度v水岸流動(dòng)，河中的船以相對(duì)于水的速度v船水順流而下，則船相對(duì)于岸的速度v船岸如何表示？v船岸＝v船水＋v水岸思考2：設(shè)想人類可以利用飛船以0.2c的速度進(jìn)行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光，該星球上的觀察者測(cè)量到的激光的速度是否為1.2c？出示圖片：飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光問題的答案似乎應(yīng)為1.2c，然而，事實(shí)并非如此！因?yàn)榻?jīng)典力學(xué)不再適用。經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問題，要解決這一問題就需要用到相對(duì)論時(shí)空觀。二、相對(duì)論時(shí)空觀思考：19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速C這個(gè)速度是相對(duì)哪個(gè)參考系而言的？出示圖片：麥克斯韋英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家出示圖片：邁克爾遜：波蘭裔美國(guó)藉物理學(xué)家。1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的所以證明電磁波的傳播速度等于光速c，無(wú)論對(duì)于哪個(gè)參考系而言都是一樣的。1、愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)（1）相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；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?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中大小都是相同的。表明了經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的不同。2．相對(duì)論時(shí)空觀的內(nèi)容認(rèn)為時(shí)間和空間是相互聯(lián)系、相互影響的，并且與物質(zhì)的存在及運(yùn)動(dòng)有關(guān)。思考討論：在經(jīng)典物理學(xué)中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中一定也是同時(shí)的。但是，如果按照愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，結(jié)論還是這樣嗎？根據(jù)愛因斯坦假設(shè)：真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的，兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中不一定也是同時(shí)的。例如：假設(shè)一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。（1）車上的觀察者以車廂為參考系，閃光到達(dá)前后兩壁的時(shí)間相同嗎？（1）車下的觀察者來(lái)說(shuō)，以地面為參考系，閃光到達(dá)前后兩壁的時(shí)間相同嗎？甲參考答案：（1）如圖甲所示：因?yàn)檐噹莻€(gè)慣性系，閃光向前、后傳播的速率相同，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會(huì)同時(shí)到達(dá)前后兩壁。根據(jù)愛因斯坦的假設(shè)：真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的，所以他以地面為參考系，閃光向前、后傳播的速率對(duì)地面也是相同的。在閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進(jìn)了一段距離，所以向前的光傳播的路程長(zhǎng)些即：閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁因此，這兩個(gè)事件不是同時(shí)發(fā)生的。3、時(shí)間延緩效應(yīng)如果相當(dāng)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，則由于1－<1，所以總有Δt>Δτ，此種情況稱為時(shí)間延緩效應(yīng)。4、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)如果與桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l0，沿著桿的方向，以v相對(duì)桿運(yùn)動(dòng)的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l，那么兩者之間的關(guān)系是由于1－<1，所以總有l(wèi)<l0，此種情況稱為長(zhǎng)度收縮效應(yīng)。（1）式和（2）式表明：運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度（空間距離）和物理過程的快慢（時(shí)間進(jìn)程）都跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。這個(gè)結(jié)論具有革命性的意義，它所反映的時(shí)空觀稱作相對(duì)論時(shí)空觀。愛爾蘭物理學(xué)家佛茲杰拉德提出，物質(zhì)會(huì)在運(yùn)動(dòng)的方向上收縮（縮小），這意味著根據(jù)一個(gè)靜止觀察者的觀點(diǎn)，一枚以接近光線運(yùn)行的火箭所表現(xiàn)出的長(zhǎng)度會(huì)比它靜止時(shí)更短，盡管乘坐火箭的人看來(lái)并沒有什么兩樣。愛因斯坦指出，任何物體以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其長(zhǎng)度將會(huì)縮短為零。思考與討論：已知μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0μs。當(dāng)μ子以0.99c的速度飛行，若選擇μ子為參考系，此時(shí)μ子的平均壽命是多少？對(duì)于地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，平均壽命又是多少？相對(duì)于光速而言，低速運(yùn)動(dòng)即可近似認(rèn)為速度為0，即若選擇與μ子一起運(yùn)動(dòng)的某一物體為參考系，此時(shí)μ子的平均壽命是3.0μs。對(duì)于地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)狹義相對(duì)論認(rèn)為時(shí)間不是絕對(duì)的（即固定不變的），愛因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見到的）運(yùn)動(dòng)速度的加快，時(shí)間會(huì)變慢。思考：相對(duì)論時(shí)空觀的第一次宏觀驗(yàn)證是在1971年進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)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噴氣式飛機(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。它們的時(shí)間有什么不同？根據(jù)狹義相對(duì)論，隨著物體（觀察者所見到的）運(yùn)動(dòng)速度的加快，時(shí)間會(huì)變慢。向東飛行時(shí)銫原子鐘的度數(shù)比地球上的銫原子鐘慢了這是因?yàn)橄驏|飛行速度比地面上的大；而向西飛行的銫原子鐘比地球上的快了，這是因?yàn)橄蛭黠w飛機(jī)的速度和地球自轉(zhuǎn)相抵消，它們的速度比地面上的?。恢R(shí)拓展1、狹義相對(duì)論按照狹義相對(duì)論而言，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度增大而增加(質(zhì)速關(guān)系)，同時(shí)，空間和時(shí)間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，即會(huì)發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。質(zhì)速關(guān)系：m0是物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，c是真空中的光速。2、從弱引力到強(qiáng)引力按牛頓的萬(wàn)有引力定律推算，行星應(yīng)該沿著一些橢圓做周期性運(yùn)動(dòng)，而天文觀測(cè)表明，行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的，它們的近日點(diǎn)在不斷地旋進(jìn)，如水星的運(yùn)動(dòng)，由經(jīng)典力學(xué)與行星軌道的矛盾說(shuō)明了什么？參考答案：經(jīng)典力學(xué)只適用于弱引力場(chǎng)，而不適用于強(qiáng)引力場(chǎng)。三、牛頓力學(xué)的成就與局限性像一切科學(xué)一樣，牛頓力學(xué)沒有也不會(huì)窮盡一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科學(xué)理論一樣，是一部“未完成的交響曲”。1、牛頓力學(xué)的成就（1）經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律在宏觀、低速、弱引力的廣闊區(qū)域，包括天體力學(xué)的研究中，經(jīng)受了實(shí)踐的檢驗(yàn)，取得了巨大的成就。（2）。牛頓運(yùn)動(dòng)三定律和萬(wàn)有引力定律把天體的運(yùn)動(dòng)與地面上物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)，是人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的第一次大綜合，是人類認(rèn)識(shí)史上的一次重大飛躍。牛頓力學(xué)在如此廣闊的領(lǐng)域里與實(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、局限性（1）物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵從的規(guī)律，有些是與牛頓力學(xué)的結(jié)論并不相同的。所以經(jīng)典力學(xué)只適用于物體的低速運(yùn)動(dòng)。（2）在微觀世界中，發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，而且發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，量子力學(xué)能很好地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象（3）經(jīng)典力學(xué)規(guī)律只在慣性參考系中成立經(jīng)典力學(xué)規(guī)律只能用于宏觀、低速（與光速相比）的情形，且只在慣性參考系中成立。說(shuō)明（1）基于實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的牛頓力學(xué)不會(huì)被新的科學(xué)成就所否定，而是作為某些條件下的特殊情形，被包括在新的科學(xué)成就之中。（2）當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí)（c＝3×108m/s），相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別；（3）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)（h＝6.63×10-34J·s），量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。（4）相對(duì)論與量子力學(xué)都沒有否定過去的科學(xué)，而只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形?？茖W(xué)漫步1．宇宙的起源與演化我們的宇宙是在約138億年以前從一個(gè)尺度極小的狀態(tài)發(fā)展演化來(lái)的。在這個(gè)過程中，宇宙的溫度從高到低，先是生成一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)，接著產(chǎn)生了原子、分子等各種物質(zhì)，物質(zhì)再進(jìn)一步聚集起來(lái)形成星系，成為我們今天看到的宇宙。出示圖片：普朗克探測(cè)器記錄下的微波天空2．恒星的演化閱讀課文說(shuō)一說(shuō)恒星是如何誕生的？根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)，大爆炸10萬(wàn)年后，溫度下降到了3000K左右，出現(xiàn)了由中性原子構(gòu)成的宇宙塵埃。由于萬(wàn)有引力的作用，形成了更密集的塵埃。塵埃像滾雪球一樣越滾越大，形成了氣體狀態(tài)的星云團(tuán)。星云團(tuán)的凝聚使得溫度升高，到一定程度星云團(tuán)就開始發(fā)光，于是，恒星誕生了。課堂練習(xí)1．經(jīng)典力學(xué)只適用于“宏觀世界”，這里的“宏觀世界”是指()A．行星、恒星、星系等巨大的物質(zhì)領(lǐng)域B．地球表面上的物質(zhì)世界C．人眼能看到的物質(zhì)世界D．不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質(zhì)世界答案：D2．下列說(shuō)法正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)能夠說(shuō)明微觀粒子的規(guī)律性；B．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問題，不適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體；C．相對(duì)論與量子力學(xué)的出現(xiàn)，說(shuō)明經(jīng)典力學(xué)已失去意義；D．對(duì)于宏觀物體的高速運(yùn)動(dòng)問題，經(jīng)典力學(xué)仍適用。答案：B3、牛頓定律不適用于下列哪些情況()A．研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)B．研究“嫦娥三號(hào)”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答案：A拓展提高1、關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，下列說(shuō)法中正確的是()A．狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是相互對(duì)立的、互不相容的兩種理論；B．在物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律遵循狹義相對(duì)論，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律；C．經(jīng)典力學(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．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的。答案：BC2、通過一個(gè)加速裝置對(duì)電子加一很大的恒力，使電子從靜止開始加速，則對(duì)這個(gè)加速過程，下列描述正確的是()A．根據(jù)牛頓第二定律，電子將不斷做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．電子先做加速運(yùn)動(dòng)，后以光速做勻速直線運(yùn)動(dòng)C．電子開始先近似于勻加速運(yùn)動(dòng)，后來(lái)質(zhì)量增大，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用D．電子是微觀粒子，整個(gè)加速過程根本就不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋答案：C3、下面說(shuō)法中正確的是()A．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別；B．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別；C．當(dāng)普朗克常量h(6.63×10－34J?s)可以忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別；D．當(dāng)普朗克常量h(6.63×10－34J?s)不能忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別。答案：AC閱讀課文了解牛頓力學(xué)時(shí)空觀學(xué)生思考回答學(xué)生思考討論學(xué)生閱讀課文思考學(xué)生注意聽講理解學(xué)生閱讀課文思考討論學(xué)生討論回答學(xué)生傾聽記憶公式閱讀課文掌握桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l0，沿著桿的方向，以v相對(duì)桿運(yùn)動(dòng)的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l，那么兩者之間的關(guān)系是……學(xué)生思考討論計(jì)算學(xué)生思考討論回答學(xué)生跟著老師的思路學(xué)習(xí)拓展練習(xí)閱讀課文總結(jié)牛頓力學(xué)的成就以及它的局限性閱讀理解說(shuō)明學(xué)讀課文回答問題學(xué)生練習(xí)讓學(xué)生通過自主閱讀獲取信息，培養(yǎng)學(xué)生閱讀理解能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生良好的自學(xué)習(xí)慣。鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力了解經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問題了解不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的掌握愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)：相對(duì)性原理和光速不變?cè)硗ㄟ^課文上的舉例理解兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中不一定也是同時(shí)的，通過討論幫助學(xué)生進(jìn)一步理解愛因斯坦的假設(shè)，了解時(shí)間具有延緩效應(yīng)掌握時(shí)間具有延緩效應(yīng)掌握長(zhǎng)度收縮效應(yīng)鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力鍛煉學(xué)生計(jì)算以及合作交流能力理解時(shí)間的延遲性與速度有關(guān)拓展學(xué)生的知識(shí)面鍛煉學(xué)生的總結(jié)以及語(yǔ)言表達(dá)能力和理解能力掌握牛頓力學(xué)和相對(duì)論以及量子論的關(guān)系拓展學(xué)生的知識(shí)面鞏固本節(jié)知識(shí)課堂小結(jié)1、愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中大小都是相同的。2、時(shí)間延緩效應(yīng)3、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)4、經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問題，經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子：經(jīng)典力學(xué)只適用于解決弱引力問題，不能用來(lái)處理強(qiáng)引力問題。梳理自己本節(jié)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行交流根據(jù)學(xué)生表述，查漏補(bǔ)缺，并有針對(duì)性地進(jìn)行講解補(bǔ)充。板書一、牛頓力學(xué)時(shí)空觀時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。這種絕對(duì)時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。二、相對(duì)論時(shí)空觀1、愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)（1）相對(duì)性原理（2）光速不變?cè)?．相對(duì)論時(shí)空觀的內(nèi)容認(rèn)為時(shí)間和空間是相互聯(lián)系相互影響的，并且與物質(zhì)的存在及運(yùn)動(dòng)有關(guān)。3、時(shí)間延緩效應(yīng)4、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)三、牛頓力學(xué)的成就與局限性經(jīng)典力學(xué)規(guī)律只能用于宏觀、低速（與光速相比）的情形，且只在慣性參考系中成立。《7.5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性》導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍。2．知道相對(duì)論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系。3．通過對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無(wú)窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】了解經(jīng)典力學(xué)的局限性【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】了解相對(duì)論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系【新知探究】一、自主學(xué)習(xí)1．“同時(shí)”的相對(duì)性（1）經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為：如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中一定也是________的。（2）狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為：同時(shí)是________的，即在同一個(gè)參考系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)參考系中不一定是________的。2．時(shí)間間隔的相對(duì)性（1）經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為：某兩個(gè)事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時(shí)間間隔總是________的。（2）相對(duì)論的時(shí)空觀：某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔是________的。設(shè)表示相對(duì)事件發(fā)生地靜止的慣性系中觀測(cè)的兩事件的時(shí)間間隔，表示相對(duì)事件發(fā)生地以速度v高速運(yùn)動(dòng)的參考系中觀測(cè)的同樣兩事件的時(shí)間間隔，則它們的關(guān)系是________，即運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘會(huì)變慢。3．長(zhǎng)度的相對(duì)性（1）經(jīng)典的時(shí)空觀：一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同。（2）相對(duì)論的時(shí)空觀：“長(zhǎng)度”也具有相對(duì)性，一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止時(shí)的長(zhǎng)度小。與桿相對(duì)靜止的人認(rèn)為桿長(zhǎng)為，與桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿長(zhǎng)是，那么兩者之間的關(guān)系是________，即運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度會(huì)收縮。二、合作學(xué)習(xí)【問題1】經(jīng)典力學(xué)在哪些領(lǐng)域不能適用？能說(shuō)出為什么嗎？舉例說(shuō)明。結(jié)論：經(jīng)典力學(xué)在微觀領(lǐng)域和高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域不再適用；在不同參考系中不能適用；在強(qiáng)引力的情況下，經(jīng)典的引力理論也是不適用的。因?yàn)槲⒂^粒子（如電子、質(zhì)子、中子）在運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅具有粒子性，而且還具有波動(dòng)性，經(jīng)典力學(xué)不能說(shuō)明這種現(xiàn)象，所以它不再適用，同時(shí)在高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，由于物體運(yùn)動(dòng)速度太快，要導(dǎo)致質(zhì)量發(fā)生變化，而經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為質(zhì)量是不變的，所以經(jīng)典力學(xué)在高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)也不再適用。【問題2】經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？結(jié)論：宏觀物體，低速運(yùn)動(dòng)?！締栴}3】相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)是否否定了牛頓的經(jīng)典力學(xué)？應(yīng)該怎樣認(rèn)識(shí)？結(jié)論：相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)并沒有否定牛頓的經(jīng)典力學(xué)，它們只是在不同情況下采用的不同研究方法，經(jīng)典力學(xué)在微觀領(lǐng)域、高速運(yùn)動(dòng)的情況下不再適用，而量子力學(xué)也不適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體。【學(xué)習(xí)小結(jié)】1．愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中大小都是相同的。2．時(shí)間延緩效應(yīng)3．長(zhǎng)度收縮效應(yīng)4．經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問題，經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子：經(jīng)典力學(xué)只適用于解決弱引力問題，不能用來(lái)處理強(qiáng)引力問題?！揪毞答仭?．判斷下列說(shuō)法是否正確。（1）一根桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同，這是經(jīng)典物理學(xué)家的觀點(diǎn)。（√）（2）一根桿的長(zhǎng)度靜止時(shí)為，不管桿如何運(yùn)動(dòng)，桿的長(zhǎng)度均小于。（×）（3）“動(dòng)鐘變慢”是時(shí)鐘的精度因運(yùn)動(dòng)而發(fā)生了變化。（×）（4）長(zhǎng)度、時(shí)間的測(cè)量結(jié)果會(huì)隨物體與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變。（√）（5）高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員發(fā)現(xiàn)地面的時(shí)鐘變慢了。（√）（6）地面上的人認(rèn)為兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，而高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員卻不這么認(rèn)為。（√）2．物理學(xué)的發(fā)展豐富了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進(jìn)了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進(jìn)步，下列表述正確的是（AD）A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律B．牛頓通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了萬(wàn)有引力定律C．相對(duì)論的創(chuàng)立表明經(jīng)典力學(xué)已不再適用D．愛因斯坦建立了狹義相對(duì)論，把物理學(xué)推到高速領(lǐng)域3．20世紀(jì)以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無(wú)法解釋，經(jīng)典力學(xué)只適用于解決物體低速運(yùn)動(dòng)的問題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)的問題；只適用于宏觀物體，不適用于微觀粒子。這說(shuō)明（BCD）A．隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)已成了過時(shí)的理論B．人們對(duì)客觀事物的具體認(rèn)識(shí)，在廣度上是有局限性的C．不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律D．人們應(yīng)當(dāng)不斷擴(kuò)展認(rèn)識(shí)，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律《7.5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性》分層作業(yè)(時(shí)間：15分鐘分值：50分)選擇題(本題共10小題，每小題5分，共50分)1．(多選)關(guān)于時(shí)間和空間，在學(xué)習(xí)愛因斯坦假設(shè)相對(duì)論后我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到()A．因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的，所以我們?cè)诓煌膮⒖枷抵杏^察到的時(shí)間進(jìn)程都是相同的B．空間與時(shí)間之間是沒有聯(lián)系的C．有物質(zhì)才有空間和時(shí)間D．在一個(gè)確定的參考系中觀察，運(yùn)動(dòng)物體的空間距離和時(shí)間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)CD[經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對(duì)的，空間與時(shí)間之間是沒有聯(lián)系的，在相對(duì)論中，時(shí)間和空間是和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的，只有在物質(zhì)存在時(shí)才有空間和時(shí)間的概念，時(shí)間和空間是相互聯(lián)系且是相對(duì)的．選項(xiàng)C、D正確．]2．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，下列說(shuō)法中正確的是()A．不論是對(duì)宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(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)；經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)C．經(jīng)典力學(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C[經(jīng)典力學(xué)適用于低速、宏觀物體，不適用于高速、微觀粒子．量子力學(xué)不適用于宏觀物體，適用于微觀粒子，故選項(xiàng)C正確．]3．下列說(shuō)法正確的是()A．牛頓運(yùn)動(dòng)定律就是經(jīng)典力學(xué)B．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中所有的問題D．經(jīng)典力學(xué)可以解決自然界中所有的問題B[經(jīng)典力學(xué)并不等于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)．經(jīng)典力學(xué)并非萬(wàn)能，也有其適用范圍，它并不能解決自然界中所有的問題，沒有哪個(gè)理論可以解決自然界中所有的問題．因此，B正確．]4．經(jīng)典力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)，這里的“高速”是指()A．聲音在空氣中的傳播速度B．第一宇宙速度C．高鐵列車允許行駛的最大速度D．接近真空中光的傳播速度D[這里的“高速”是指接近真空中光的傳播速度，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．]5．下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和相對(duì)論的說(shuō)法，正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)和相對(duì)論的研究領(lǐng)域沒有交集B．相對(duì)論是在否定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的C．相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是兩種不同的學(xué)說(shuō)，二者沒有聯(lián)系D．經(jīng)典力學(xué)包含于相對(duì)論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的特例D[相對(duì)論的建立并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而是認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論在一定條件下的特殊情形，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤，D正確．]6．(多選)關(guān)于牛頓物理學(xué)與相對(duì)論，下列說(shuō)法正確的是()A．相對(duì)論研究的是物體在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律B