教科版高中物理必修二5.1-5.2《经典力学的成就与局限性 了解相对论(选学)》word学案

第五章经典力学的成就与局限性
第1节经典力学的成就与局限性
第2节了解相对论(选学)
[导学目标] 1.初步了解高速世界的两个基本原理.2.知道相对论对人类认识世界的影响，了解时间延缓效应和长度收缩效应，速质关系和质能关系及时空弯曲．
1．高速世界的两个基本原理
(1)相对性原理：在不同惯性系中，__________都是相同的．
相对性原理表明，在某个惯性系中，描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统过程作出描述的物理定律皆保持形式不变．
(2)光速不变原理：不管在哪个________中，测得的真空中的______都相同．
光速不变原理表明，在一切惯性系中观测在真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为c，与光源或观察者的运动无关．
2．时间延缓效应
时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它______了，运动速度越快，效果越明显．即运动着的______要变慢．这个效应叫做时间延缓效应，时间延缓效应也称作时间膨胀．
3．长度收缩效应
一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要______，速度越大，缩得越短，即运动着的尺子要______．这种观测效应称为长度收缩效应(或运动尺子缩短)．
4．质速关系
在经典力学中，物体的质量与物体的______无关．但在相对论中，运动物体的质量随其______的变化而变化．
由质速关系可以看出，当物体(一般是粒子)的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量．对于低速运动的物体，质量的变化完全可以忽略不计.
一、从低速到高速
1．低速
通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等．
2．高速
所谓高速，就是指物体运动的速度接近于真空中的光速，即c＝3×108 m/s.
3．两个假设
在经典力学中，v 船岸＝v 船水＋v 水岸成立，但在两个不同参考系中，爱因斯坦认为该式不成立.1905年，爱因斯坦提出了两条基本假设(狭义相对论的基础)．
①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． ②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的． 4．速度对质量的影响
物体的质量随着运动速度的增大而增大．m ＝
m 01－v 2c
2
，当
时，m ≈m 0.
5．速度对时间的影响
在静止参考系中的同一地点，经时间t 0先后发生的两个事件，则在另一个以速度v 匀速运动的参考系中测量时，发生这两个事件的时间间隔t 不等于t 0，而与速度v 有关．v 越接近c ，t 与t 0相差越大．这一点同学们只要初步了解即可．
6．速度对空间的影响
在静止参考系中，物体从A 点运动到B 点的位移为L 0，而在另一以速度v 匀速运动的参考系中测量时，这个物体运动的位移为L ，它不等于L 0.v 越接近c ，L 与L 0相差越大．这一点也只要求同学们初步了解即可．
7．经典力学的时空观
时间和空间互不相干，它们的存在和测量均与物体的运动状态没有关系． 经典力学适用于做低速运动的物体．
例1 在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍．试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？
二、从宏观世界到微观世界 (1)宏观世界物体的运动特点 物体具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置．
(2)微观世界粒子的运动特点
就单个粒子来说，运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性． 经典力学适用于宏观物体．
例2 经典力学不能适合于下列哪些运动( ) A ．火箭的发射
B ．宇宙飞船绕地球的运动
C ．“勇气号”宇宙探测器
D ．微观粒子的波动性 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，其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，它们之间的引力就属于弱引力． ③当天体间的距离远小于引力半径时，它们之间的引力就属于强引力．
④“引力半径”是爱因斯坦引力理论中天体间引力趋于无穷大时对应的天体(被压缩后)半径．
2．经典力学计算的行星轨道与行星实际轨道的矛盾
按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，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．
在弱引力的情况下，牛顿引力理论适用；在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用． 总结：时空是对物质的存在及运动的描述．其中，时间描述物质运动的持续性，空间描述物质存在的广延性．
①经典力学的时空观认为时间就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关．空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变．也称为绝对时空观．
②相对论时空观认为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密切相关．例如：
a ．运动的时钟变慢；
b ．运动的尺子变短；
c ．物体的质量随速度的增大而增大．
经过严格的证明，物体有静止质量m 0和运动的质量m ，它们之间有如下关系：m ＝
m 01－(v c
)2
从上式可以看出，当物体(一般是粒子)的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量．
例3
图1
地面上A 、B 两个事件同时发生．如图1所示，对于坐在火箭上沿两个事件发生地点AB 连线飞行的人来说，哪个事件先发生？
例4A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度v B和v C朝同一方向飞行，v B<v C.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？
第五章经典力学的成就与局限性
第1节经典力学的成就与局限性
第2节了解相对论(选学)
课前准备区
1．(1)一切物理规律(2)惯性系光速
2．变慢时钟
3．缩短缩短
4．速度速度
课堂活动区
核心知识探究
例1 1.155倍
解析 由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系得m ＝
m 0
1－v
2c 2
＝
m 0
1－14
＝
m 034
＝2m 0
3＝1.155m 0. 二、从宏观世界到微观世界 (1)宏观世界物体的运动特点 物体具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置．
(2)微观世界粒子的运动特点
就单个粒子来说，运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性． 经典力学适用于宏观物体．
例2 D [经典力学适用于宏观、低速、弱引力等区域，故A 、B 、C 都适用，而研究微观粒子的波动性时经典力学不再适用．]
例3 B 事件先发生
解析 以地面为参考系，A 、B 两个事件同时发生，即如在A 、B 连线中点C 放一时钟，将同时接收到来自A 、B 的信号．设想该时钟以与火箭相同的速度飞行，则先接收到来自B 的信号，后接收到来自A 的信号，即以火箭(或火箭上的人)为参考系，B 事件先发生．
例4 C 钟走得最慢，A 钟走得最快． 解析
如右图所示，地面上的观察者认为C 钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大，相对于观察者的速度v 越大，其上的时间进程越慢．地面钟v ＝0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的A 钟走得最快．
第3节 初识量子论(选学)略。