7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 — 人教版(2019)高中物理必修第二册学案
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 (人教版新教材)高中物理必修二第七章【知识点+练习】
第七章 万有引力与宇宙航行5 相对论时空观与牛顿力学的局限性知识点一 经典力学的局限性一、从低速到高速1．低速与高速的概念．2．经典力学的基础是牛顿运动规律，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就．3．狭义相对论阐述的是物体以接近光的速度运动时所遵从的规律．4．在经典力学中，物体的质量是不变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大，即m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2，两者在速度远小于光速的条件下是统一的． 5．经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，统一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中测量结果不同，随着速度增加，时间会变短，长度会变短，t=t 01-(v c )2，l=l 01-(v c)2． 二、从宏观到微观1．电子、质子、中子等微观粒子不仅有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律．2．经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．三、从弱引力到强引力1．弱引力与强引力．(1)每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由天体的质量决定．(2)当天体间的距离远大于引力半径时，它们间的引力就是弱引力．(3)当天体间的距离远小于引力半径时，它们间的引力就是强引力．2．经典力学与行星轨道的矛盾．按照牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆轨道做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动． 实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合得很好．②“普朗克常量”(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时.(2)相对论和量子力学都没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学的特殊情况随堂练习1．下列说法中正确的是( )A ．经典力学适用于任何情况下的任何物体B ．狭义相对论否定了经典力学C ．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D ．万有引力定律也适用于强相互作用力2．(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，这说明( )A ．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B ．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的C ．不同领域的事物各有其本质与规律D ．人类已掌握不同事物的本质3．对于公式m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2，下列说法中正确的是( ) A ．公式中的m 0，是物体以速度v 运动时的质量B ．当物体运动速度v >0时，物体的质量m >m 0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用C ．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动D ．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化4．日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化．其原因是( )A ．运动中物体无法称量质量B ．物体的速度远小于光速，质量变化极小C ．物体的质量太大D ．物体的质量不随速度的变化而变化5．(多选)下列现象中能用牛顿的经典力学解释的是( )A ．高速公路上行驶的汽车B ．空气中下落的雨滴C ．原子核外电子绕核的转动D ．空气中漂浮的肥皂泡6．如图所示，强强乘坐速度为0.9c (c 为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c ，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．1.0c第七章万有引力与宇宙航行5 相对论时空观与牛顿力学的局限性1.C2.BC3.C4.B5、答案：ABD解析：经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．高速公路上行驶的汽车、空气中下落的雨滴、空气中漂浮的肥皂泡都属于宏观、低速范畴，经典力学适用，A、B、D对．原子核外电子绕核的转动属于微观现象，经典力学不适用，C错．6、答案：D解析：根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到真空中的光速c都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为1.0c，选项D正确．。
专题7-5 相对论时空观与牛顿力学的局限性(人教版2019必修第二册)(解析版)
专题7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性【人教版】【题型1 光速不变原理】........................................................................................................................................... 【题型2 同时的相对性】........................................................................................................................................... 【题型3 时间延缓效应】........................................................................................................................................... 【题型4 长度收缩效应】........................................................................................................................................... 【题型5 质量问题】................................................................................................................................................... 【题型6 综合问题】................................................................................................................................................... 【题型7 牛顿力学的局限性】...................................................................................................................................【题型1 光速不变原理】【例1】关于狭义相对论的说法，不正确的是()A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D．狭义相对论任何情况下都适用答案D解析狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不变原理)，与光源的运动无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错误．【变式1-1】（多选）设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是()A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c答案：CD【变式1-2】如图所示，考虑几个问题：(1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？解析根据狭义相对论的一个基本假设：光速不变原理，可知光速是不变的，都应是c.答案(1)c(2)c(3)c【变式1-3】如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c答案：D【题型2 同时的相对性】【例2】如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断答案C解析列车上的观测者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观测者，看到C先被照亮，故只有C正确．【变式2-1】如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：(1)在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？(2)在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？解：(1)因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播速度相等，所以光到达A、B两点所需要的时间相等。
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性(教学设计)高一物理(人教版2019必修第二册)
第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性教学设计一、相对论时空观1.牛顿力学与电磁波理论遇到了怎样的矛盾和冲突(1)英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速。
(2)1887年迈克耳孙——莫雷实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的。
(3)按照绝对时空观,光的传播速度与参考系的选取有关,而实验测得光的传播速度与参考系的选取无关,二者有矛盾。
2.爱因斯坦的假设(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的，(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
思考与讨论：如果你接受了爱因斯坦的两个假设，假设一列火车沿平直轨道飞快的地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，那么在车上的人和在车下的人，看到闪光照到车厢前壁和后壁这两个时间是否都是同时发生的呢？3.时间的延缓效应如果相当于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ，则2)(1cv t -∆=∆τ。
由于1)(12<-c v ，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
思考与讨论：如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间存在怎样的关系？4.长度收缩效应(1)长度收缩效应：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度变小。
(2)长度变换公式：20)(1cvl - 思考与讨论：有一种基本粒子叫μ子，当它低速运动时，它的平均寿命是3.0μs ，当μ子以0.99c 的速度飞行时，若选μ子为参考系，μ子的平均寿命是多少？若以地面为参考系，μ子的平均寿命是多少？【相对论时空观的第一次验证】相对论时空观的第一次宏观验证是在 1971 年进行的。
当时在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，另一架向西飞。
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性—新教材人教版高中物理必修二导学课件
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—202 0-2021 新教材 人教版 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
7 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
长度收缩效应
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—202 0-2021 新教材 人教版 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—202 0-2021 新教材 人教版 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—202 0-2021 新教材 人教版 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误 的打“×”).
1.仔细分析两个观点的表达式,思考什么情况下速度引起的 相对论效应比较明显. 答案:物体在高速(接近光速)运动时,相对论效应比较明显, 不可以忽略;低速运动时不明显,可以忽略.
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—202 0-2021 新教材 人教版 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—202 0-2021 新教材 人教版 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
2.你能举例说出牛顿力学不能解释哪些现象吗?
答案:当物体以接近光速运动时所遵循的规律与牛顿力学 结论不相符;微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛 顿力学说明.
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性—202 0-2021 新教材 人教版 （2019 ）高中 物理必 修二导 学课件
3.如何理解相对论和量子力学与牛顿力学的关系? 答案:当物体的运动速度远小于光速c时,相对论物理学与 牛顿力学的结论没有区别;当另一个重要常数即普朗克常 量h可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区 别.相对论和量子力学都没有否定牛顿力学,只是认为牛顿 力学是在一定条件下的特殊情形.
7-5相对论时空观与牛顿力学的局限性 (教学课件)——高中物理人教版(2019)必修第二册
课堂训练
【解析】 万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是 卡文迪许进行的，A对、B错；相对论并没有否定经典力学，经典力 学对于低速、宏观运动仍适用，C错；狭义相对论的建立，是人类取 得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，D对． 【答案】 AD
5．(多选)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学 技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下 列表述正确的是( ) A．牛顿发现了万有引力定律 B．牛顿通过实验证实了万有引力定律 C．相对论的创立表明经典力学已不再适用 D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域
(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近， 这样的速度称为高速．
新知探究
知识点 2
牛顿力学的成就与局限性
微观世界
电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用 经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动 规律．
新知探究
知识点 2
牛顿力学的成就与局限性
经典力学的适用范围
经典力学适用于低速运动，不适用于高速运动，适用于宏观世 界，不适用于微观世界．
新知探究
知识点 2
牛顿力学的成就与局限性
新知探究
知识点 2
牛顿力学的成就与局限性
课堂训练
1．(多选)经典力学规律适用于下列运动的是( ) A．子弹的飞行
B．飞船绕地球的运行 C．列车的运行 D．粒子接近光速的运动
课堂训练
新知探究
知识点 1
相对论时空观
爱因斯坦在狭义相对论中阐述了物体以接近光速运动所遵循 的规律，得出了一些不同与经典力学的观念和结论。
1、在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义 相对论认为：物体的质量要随物体运动速度的增大而增大，即
7-5相对论时空观与牛顿力学的局限性 (教学课件)-高中物理人教版( 2019 )必修第二册
普朗克等人创 立量子力学
思考：经典力学的局限性和适用范围？
经典力学只适用于低速、宏 观、弱引力的情况。
当物体的速度远小于光速c
时,相对论物理学和经典物 理学的结论没有区别。
爱因斯坦
狭义相对 论
相对论时空观证明
强引力作用下出现的问题
牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就,但在一些问题上也 遇到了困难。例如:水星的公转轨道在不断旋进,其实际观察值 要比经典力学的预言值大。
1915年,爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释,同时 还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转,且已被观测证实。
当另一个重要的常数即"普 朗克常量"可以忽略不计时, 量子力学和经典力学的结论 没有区别。
互为补充,互不矛盾,互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
谢谢聆听
相对论时空观
1、两条基本假设 (1)不同惯性参考系,物理规律的形式相同 (2)任何惯性系,光速不变
爱因斯坦思维实验
相对论时空观
1、两条基本假设 (1)不同惯性参考系,物理规律相同 (2)任何惯性系,光速不变 2、狭义相对论结论
(1)同时是相对的 (2)动钟变慢 (3)动尺变短 (4)运动的物体质量变大
英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波 的传播速度等于光速 c
1887 年的迈克耳孙—莫雷实验
成为笼罩经典物理 的一朵乌云。
在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！
1905年,出生于德国的美
籍物理学家阿尔伯特·爱因斯 坦(1879-1955)发表了狭义相对 论。这个理论指出在宇宙中唯 一不变的是光线在真空中的速 度,其它任何事物──速度、长 度、质量和经过的时间,都随观 察者的参考系(特定观察)而变化。
相对论时空观与牛顿力学的局限性+集体备课教案 高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
第五节相对论时空观与牛顿力学的局限性《教师教学用书》本节的教学重点是“相对论时空观”和“牛顿力学的局限性”。
相对论建立之前的整个经典物理学都是建立在绝对时空观的基础之上。
绝对时空观认为，空间和时间是两个独立的观念，彼此间没有联系。
爱因斯坦系统全面的审查了牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论的基础，洞察出内在的基本矛盾集中在时空观念与物质运动之间的联系上，找到了克服困难的途径，确立了崭新的时空观，并建立了把力学和电磁学统一起来的自洽和谐的新的物理理论——狭义相对论。
介绍经典力学的局限性，目的在于使学生在拓展知识、开阔视野的同时，正确认识物理学理论的发展与适用范围。
要学生认识到：牛顿力学具有坚实的实验基础，作为某些条件下的特殊情形，它被包括在新的科学成就之中。
【教学目标】主题探究素养提升知道牛顿力学的局限性拓展知识，开阔视野知道钟慢效应、尺缩效应知道科学真理是相对的【课前预习】1.认真阅读教材P65-P69。
2.完成《学习指导》“自学新教材注重基础性”部分。
【课堂探究】主题探究一对相对论时空观的理解问题驱动一：高速列车行驶时，车厢内会显示列车的速度，列车上的乘客观察到车厢内的时间、长度与地面上的观察者看到的相同吗？时间和空间都不会因为物体的运动而改变的观念叫什么？问题驱动二：在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空。
隔一段时间飞船返回地面时，两只钟显示的时间相同吗？有什么差别？相对论时空观学生活动：阅读教材P66，学习同时的相对性（1）绝对时空观：（2）爱因斯坦的假设：（3）时间延缓效应：动钟变慢（4）长度收缩效应：动尺变短（5）相对论时空观：练习巩固：《学习指导》P56典例1、P57典例2主题探究二经典力学与相对论、量子力学的比较牛顿力学的成就与局限性1.低速与高速的理解2.牛顿力学与相对论、量子理论的比较牛顿力学相对论、量子理论区别（1）牛顿力学适用于低速运动的物体（2）牛顿力学适用于宏观世界（3）牛顿力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好（1）相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律。
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性2024-2025学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
粒子不再有确定的位置，只能预测粒子在 空间出现的概率.
波粒二象性:微观粒子既可以看做点状粒子 ，也可以看做波.两种描述是互补的.
能量量子化:粒子的能量取一系列分立的值 ，是某个最小能量单位的整数倍
广义相对论
物质告诉时空如何弯曲， 时空告诉物质如何运动.——惠勒
1919年5月29日日食期间，英 国皇家学会和皇家天文学会组织的 两只远征队分别由爱丁顿和克罗姆 林领导，赶赴巴西和西非，利用日 全食的机会首次观测光线偏折效应 ，观测结果与广义相对论的预言一 致.
根据经典力学,行星轨道是闭合的椭圆. 天文观测发现,内行星的轨道不是闭合椭圆, 近日点不断进动.尤其以水星最为明显, 每百年43″的进动利用经典理论无法解释.
水星的公转轨 道在不断旋进
1.牛顿力学的成就:从地面上物体的运动到天体的运动, 都服从_牛__顿__力__学__的规律。 2.牛顿力学的局限性: (1)微观世界:电子、质子、中子等微观粒子,发现它们 不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动规律 在很多情况下不能用牛顿力学来说明。 (2)牛顿力学只适用于_低__速__运动,不适用于__高__速_运动。
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
学习目标
1.了解相对论时空观，知道时间延缓效应和长度收缩效应. 2.认识牛顿力学的成就，适用范围及局限性. 3.了解科学理论的相对性，体会科学理论是不断发展和完善的.
19世纪作家查里斯·兰姆写的：“世间万物没有任何东西 像时间和空间那么使我困惑，然而没有任何东西比时间和空 间更少使我烦恼，因为我从不想起它们。”的确，我们中的 大多数人几乎从来不去细想我们每天的时空观念。可是“时 空是何物？时间和空间是否存在于我们的知觉之外？时间和 宇宙有开端吗？它们会结束吗？”这些问题的答案是什么呢 ？
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性课件高一下学期物理人教版
两架飞机各绕地球飞行一周后回到地
面，与留在地面上的铯原子钟进行比
较。
实验结果与相对论的理论预言符合得
很好。
牛顿力学的成就与局限性
牛顿力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确立
了人们对牛顿力学的尊敬。
从地面上物体的运动到天体的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种
出能够更好地解释实验事实的假设。
爱因斯坦假设:
在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的
真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在
另一个参考系中一定也是同时的。但是如果接受了爱因斯坦的两个假设，
还是这样吗?
假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出了一个
你想加入探究宇宙之谜的行列吗?
2.恒星的演化
天文学家根据对各种恒星的观测和理论研究，弄清楚了恒星演化的整个
过程，并认识到恒星的寿命主要取决于它的质量。
根据大爆炸宇宙学，大爆炸 10 万年后，温度下降到了3 000 K 左右，出
现了由中性原子构成的宇宙尘埃。由于万有引力的作用，形成了更密集
的尘埃。
尘埃像滚雪球一样越滚越大，形成了气体状态的星云团。星云团的凝聚
2.若在速度为 8 km/s的飞船上有一只完好的手表走过了1min，则地面上
的人认为它走过这1min“实际”上花了多少时间?
3.一枚静止时长30 m的火箭以3 km/s 的速度从观察者的身边掠过，观察
者测得火箭的长度应为多少?火箭上的人测得火箭的长度应为多少?如果
火箭的速度为光速的一半呢?
高中物理人教版（2019）必修第二册
相对论时空观与牛顿力学的局限性课件-高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
二、相对论时空观
19世纪，英国物理学家麦克 斯韦根据电磁场理论预言了 电磁波的存在，并证明电磁 波的传播速度等于光速c。 这个速度是相对哪个参考系 而言的？
2．相对论时空观的内容 时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运 动 有关。
思考讨论：在经典物理学中，如果两个事件在一个参考系中是同 时的，在另一个参考系中一定也是同时的。但是，如果按照爱因 斯坦的两个假设，结论还是这样吗？
根据爱因斯坦假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是 相同的，两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中不 一定也是同时的。
1、爱因斯坦的两个假设
（1）相对性原理：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同 的；表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律 形式不变。 （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都 是相同的。表明了经典时空观与相对论时空观的不同。
这两个假设看起来平淡无奇，但如果接受了这两个假设的观点， 并用它来分析问题，可能会在我们的头脑中引起一场轩然大波！
1、牛顿力学时空观 时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观， 也叫牛顿力学时空观。
在牛顿力学时空观里，时间像一条看不见的“长河”，均匀地自行流 逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。所 以不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的时间、长度、质量 等等的测量结果肯定是一样的。
车上的观察者:闪光同时到达车厢的前后两壁 地面上的观察者:闪光先到达车厢后壁，后到达前壁
7-5相对论时空观与牛顿力学的局限性课件—【新教材】人教版高中物理必修第二册
立
牛顿说：如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。
经 典后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场变革的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵娇艳的鲜花。
迈克尔逊－莫雷实验(Michelson-Morley Experiment)，是1887年迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的
力光光速速差 不值变的原一理项：①著不名管实的在物哪现理个实惯了验性。系人中，类测得对的真自空中然的光界速都认相同识。 的第一次理论大综合。
在经典力学中，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的。
学像一切科学一样，牛顿力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。 ②确定了自然科学应有的基本特征。 了解相对论、量子力学的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人类世界观的作用． 的利用经典力学解决上述问题时，遇到了无法解释的现象。
问
速c是相对于哪个参考系而言的
呢？当代科学家们纷纷对此进行
了探究。
迈 克 尔 逊 － 莫 雷 实 莫雷·爱德华·威廉姆斯 验 迈克尔逊－莫雷实验(Michelson-Morley Experiment)，是1887年迈克
尔逊和莫雷在美国克利夫兰做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速 差值的一项著名的物理实验。但结果证明光速在不同惯性系和不同方向 上都是相同的，由此否认了以太（绝对静止参考系）的存在，从而动摇 了经典物理学基础，成为近代物理学的一个开端，在物理学发展史上占 有十分重要的地位。
车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后 两壁，如图甲。
狭 义 光的速度是固定的，上述火车闪光的例子中，与火车同向的 相 光最终的观察结果并不是按照经典时空观的计算结果那样 对 （c+v）。 论 利用经典力学解决上述问题时，遇到了无法解释的现象。为
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性课件—【新教材】人教版(2019)高中物理必修第二册
“绝对的、真实的和数学的时间， 按其固有的特性而均匀地流逝，与一切外 在事物无关，又名绵延；相对的、表观的 和通常的时间，是可感知和外在的对运动 之延续之度量，它常常用来代替真实的时 间,如一小时，一天，一个月，一年。”
“绝对空间：其自身特性与一切外在事 物无关，处处均匀，永不移动。相对 空间是一些可以在绝对空间中运动的 结构，或是绝对空间的量度，我们通 过它与物体的相对位置感知它.……”
波粒二象性:微观粒子既可以看做点状粒 子，也可以看做波.两种描述是互补的.
能量量子化:粒子的能量取一系列分立的 值，是某个最小能量单位的整数倍
课堂小结
绝对时空观 相对论时空观
1.同时的相对性 2.时间延缓效应 3.长度收缩效应 牛顿力学的局限性
船岸 船水 水岸 时空告诉物质如何运动.
理论预言电磁波在真空中的传播速率均为c. 解 在地面系，平均寿命为
v船水
根据经典力学,行星轨道是闭合的椭圆.
v水岸 低速和高速是相对于光速而言的，常见物体的运动速度都为低速
1919年5月29日日食期间，英国皇家学会和皇家天文学会组织的两只远征队分别由爱丁顿和克罗姆林领导，赶赴巴西和西非，利用日全
岸 粒子不再有确定的位置，只能预测粒子在空间出现的概率.
天文观测发现,内行星的轨道不是闭合椭圆,近日点不断进动.
t船= t岸 物质告诉时空如何弯曲，
然而，经典力学并不是完美的科学理论,有其适用的局限性…… 从文艺复兴开始的近代科学革命，经过伽利略、第谷、开普勒等人的工作，科学取得很大进步，这种发展到牛顿那里达到顶峰.
食的机会首次观测光线偏折效应，观测结果与广义相对论的预言一致.
1900年，能量子E=nhv n=1、2…
低速和高速是相对于光速而言的，常见物体的运动速度都为低速
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第七章第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性
【学习目标】
1．感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾，知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。
知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。
2．知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设，知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。
3．了解宇宙起源的大爆炸理论，知道科学真理是相对的，未知世界必将在人类不懈的探索中被揭开更多的谜底。
【课前预习】
一、相对论时空观
1．爱因斯坦两个假设：
(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是_________的;
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_________的。
2．时间延缓效应：如果相当于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，
则Δt=____________。
由于1−(v
c
)2<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
3．长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人
测得杆长是l，则l=_________。
由于1−(v
c
)2<1，所以总有l<l0，此种情况称为长度收缩效应。
二、牛顿力学的成就与局限性
1．牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是____________，____________的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬。
2．牛顿力学的局限性：牛顿力学即经典力学，它只适用于_______________的物体，不适用于_______________的物体。
三、牛顿力学与相对论以及与量子力学的关系
1．牛顿力学与相对论的关系：当物体的运动速度远小于光速c时(c=3×10m/s)，相对论物理学与牛顿力学的结论_____________。
2．牛顿力学与量子力学的关系：当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时(h=6．63×10-34J·s)，量子力学和牛顿力学的结论_____________。
3．总结：相对论与量子力学都没有否定牛顿力学，而将牛顿力学当作一定条件下的特殊情形。
【考点研析】
任务一：时间与空间的相对性
[例1] (多选)在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是()
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了
[变式训练1-1]对于时空观的认识，下列说法正确的是()
A．相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律
B．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例
C．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用
任务二：牛顿力学的局限性
[例2](多选)以下说法正确的是( )
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变
D．相对论与量子力学否定了经典力学理论
[变式训练2-1]下列说法正确的是( )
A．牛顿定律就是经典力学
B．经典力学的基础是牛顿运动定律
C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题
D．经典力学可以解决自然界中所有的问题
[变式训练2-2]下列说法中正确的是()
A．经典力学适用于任何情况下的任何物体
B．狭义相对论否定了经典力学
C．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D．万有引力定律也适用于强相互作用力
【答案提示】
[例1] BCD
[变式训练1-1] B [例2] BC
[变式训练2-1] B [变式训练2-2] C。