高中物理必修2-7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-导学案答案
高中物理必修2-7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-导学案
相对论时空观与牛顿力学的局限性【学习目标】1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围。
2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系。
3．通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
【学习重点】了解经典力学的局限性【学习难点】了解相对论、量子力学与经典力学的关系【新知探究】一、自主学习1．“同时”的相对性（1）经典物理学认为：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________的。
（2）狭义相对论的时空观认为：同时是________的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中不一定是________的。
2．时间间隔的相对性（1）经典物理学认为：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是________的。
（2）相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是________的。
设τ∆表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的两事件的时间间隔，t∆表示相对事件发生地以速度v高速运动的参考系中观测的同样两事件的时间间隔，则它们的关系是________，即运动时钟会变慢。
3．长度的相对性（1）经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。
（2）相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。
与杆相对静止的人认为杆长为l，与杆相对运动的人认为杆长是l，那么两者之间的关系是________，即运动长度会收缩。
二、合作学习【问题1】经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？举例说明。
结论：经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。
因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不再适用，同时在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域内也不再适用。
新教材人教版高中物理必修第二册 7-5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 导学案
《7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性》学案【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。
【课堂合作探究】轮船相对河岸的速度是多少？设想人类可以利用飞船以 0.2c 的速度进行星际航行。
若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？一、相对论时空观1887年，美国科学家迈克尔逊和莫雷通过实验证明了，在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中，不同的参考系之间的速度变换关系（伽利略变换）不符！绝对时空观生活经验让我们体会到，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。
也就是说，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。
1.牛顿力学与电磁理论的冲突十九世纪，英国科学家麦克斯韦，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，并从理论上证明了，电磁波传播的速度等于光速。
人们不禁要问：这个速度是相对哪个参考系而言的呢？但在迈克尔逊和莫雷实验事实的面前，许多物理学家，仍然立足在牛顿力学时空观的基础上，想通过一些理论上的修补工作，解释实验现象。
但是都没有成功，这导致牛顿力学与电磁理论的冲突。
以爱因斯坦和庞加莱为代表的另一批物理学家，坚决主张，彻底放弃某些与实验事实不相符的观念，如绝对时间的观念，在实验事实的基础上，大胆提出，能够更好地解释实验现象的假设。
物体的质量随速度的增大而增大随着物体速度的加快，时间会变慢。
将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动，随后进行比较，地上的钟表总比快速移动的快。
物体以接近光速运行时所表现出的长度会比它静止时更短。
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．。
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第二册
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 牛顿力学的结论没有区别。
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=6．63×1034J·s)，量子力学和牛顿力学的结论没有区别。
答案: ABC
谢谢观看！
C．若v＝0.5c，火箭上的观察者认为地面上的时钟 走得快
D．若v＝0.5c，地面上的观察者认为火箭上的时钟 走得慢
答案：AD
[变式训练1-2]若一列火车在以接近光速的 速度高速行驶，车上的人用望远镜来观察地面 上的一只排球，如果观察得很清晰，则观察结 果是( )
A．像一只乒乓球(球体变小) B．像一只篮球(球体变大) C．像一只橄榄球(竖直放置) D．像一只橄榄球(水平放置)
第七章 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性
问题导入
设想人类可以利用飞船以0.2c 的速度进行 星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一 束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速 度是多少？
知识梳理
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 式都是相同的;
答案: C
任务二：牛顿力学的局限性
[例2]关于经典力学、爱因斯坦假设和量子力 学，下列说法中正确的是( )
A．爱因斯坦假设和经典力学是相互对立、互 不相容的两种理论
B．经典力学包含于相对论之中，经典力学是 相对论的特例
C．经典力学只适用于宏观物体的运动，量子 力学只适用于微观粒子的运动
D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力 学和量子力学都是适用的
答案：100 km 80 km
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性(导学案)--2023-2024学年高一物理同步备课系列(人教
第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性导学案【学习目标】1.知道爱因斯坦的两条假设，了解时间延缓效应、长度收缩效应，认识牛顿力学的成就与局限性。
2.知道牛顿力学的适用范围，认识物理学中理论的相对稳定性，要有质疑精神。
【学习重难点】1.知道爱因斯坦的两条假设，了解时间延缓效应、长度收缩效应。
（重点难点）2.认识牛顿力学的成就与局限性。
（重点）【知识回顾】一、宇宙速度1.环绕速度一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球的质量为m 地，卫星的质量为m ，向心力由地球对它的万有引力提供，即G mm 地r 2＝m v 2r，则卫星在轨道上运行的线速度v 2.第一宇宙速度(1)定义：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫作第一宇宙速度。
(2)大小：v ＝7.9 km/s 。
3.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9km/s ，又小于11.2 km/s ，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
我们把11.2km/s 叫作第二宇宙速度。
4.第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s ，这个速度叫作第三宇宙速度。
【自主预习】一、相对论时空观1.电磁波与光速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。
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。
2.爱因斯坦假设 (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。
3.时间延缓效应如果相对于地面以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 ，那么两者之间的关系是Δt1－⎝⎛⎭⎫v c 2<1，所以总有Δt >Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
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
高一必修二物理导学案课题：7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性一、学习目标1．知道什么是绝对时空观和相对论时空观。
2．知道爱因斯坦的两个假设。
3．知道时间延缓效应和长度收缩效应。
4．了解牛顿力学的局限性和适用范围。
二、自主阅读反馈1、相对论时空观：(1)绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其而存在的，也叫牛顿力学时空观。
(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的；②真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是的。
(3)时间延缓效应：Δt＝_________。
(4)长度收缩效应：l＝___________。
(5)相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的有关。
2、牛顿力学的成就与局限性：(1)牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从的规律。
(2)牛顿力学的局限性：牛顿力学对于的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。
(3)量子力学的建立能够很好地描述运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
(4)相对论与量子力学都没有过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的情形。
三、探究思考情境1、一架飞机在上海杨浦大桥上空匀速飞过,飞机飞行方向与大桥平行,问飞机上的乘客看到的大桥长度与静止观察时相比有什么变化?情景2、能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗?四、知识精讲：1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。
牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。
2．相对性原理(1)根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量。
(2)迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的。
3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。
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。
2024-2025学年新教材高中物理第七章5相对论时空观与牛顿力学的局限性教案新人教版必修2
题目：一物体以速度v相对于地球表面做匀速直线运动，地球表面上的观察者测得该物体的长度为L。求该物体相对于静止观察者的长度L'。
解答：
由长度收缩公式L' = L/γ，其中γ = 1/√(1 - v²/c²)。
例题3：
题目：一物体以速度v相对于地球表面做匀速直线运动，地球表面上的观察者测得该物体的长度为L。求该物体相对于静止观察者的长度L'。
核心素养目标分析
本节课的核心素养目标旨在通过相对论时空观与牛顿力学局限性的学习，培养学生以下几方面的能力与素养：
1.科学思维：使学生能够运用逻辑推理和批判性思维分析经典力学在极端条件下的局限性，理解相对论提出的历史背景和科学依据，提高学生的科学论证和质疑能力。
2.探究能力：鼓励学生通过小组合作、讨论交流，探索相对论中的光速不变原理、时间膨胀和长度收缩等现象，培养学生的探究意识和实践能力。
-计算器或科学计算软件
-相对论教学演示软件
2.课程平台
-学校教学管理系统（发布作业、课件等）
-在线物理课程资源库（提供额外学习材料）
3.信息化资源
-电子教材
-课件PPT
-视频资料（相对论原理讲解、实验演示等）
-动画和图示（展示时间膨胀、长度收缩等概念）
4.教学手段
-小组合作学习
-课堂讨论
-实物演示和实验操作
二、新课讲授（用时10分钟）
1.理论介绍：首先，我们要了解狭义相对论的基本概念。狭义相对论是爱因斯坦提出的一种描述高速物体运动的物理理论。它的重要性在于揭示了牛顿力学在极端条件下的局限性。
2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例——双生子悖论。这个案例展示了相对论中的时间膨胀效应，以及它如何影响我们对时间的认知。
《7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性》教学设计、导学案,同步练习
其适用范圉，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
二、核心素养
教学
物理观念：了解相对论-量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物
目标
理学改变人们世界观的作用。
科学思维：经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意:
了车厢的前壁和后壁。
(1)车上的观察者以车厢为参考系，闪光到达
前后两壁的时间相同吗?
<1)车下的观察者来说，以地面为参考系，闪
光到达前后两壁的时间相同吗?
参考答案:
(1)如图屮所示：因为车厢是个惯性系，闪光
向询.后传播的速率相同，光源乂在车厢的中央,
闪光当然会同时到达前后两壁。
8
根据爱因斯坦的假设：真空中的光速在不同的惯
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tt定是一样的。
思考1：若河中的水以相对于岸的速度V榊流动,
河中的船以相对于水的速度V林顺流而下，则船
相对于岸的速度V神如何表示?
思考2：设想人类可以利用飞船以0. 2c的速度
进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射
一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速
性参考系中大小都是相同的，所以他以地面为参
考系，闪光向询、后传播的速率对地面也是相同
的。
在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段
距离，所以向前的光传播的路程长些即：闪光先
到达后壁，后到达前壁因此，这两个事件不是同
学生阅读课
文思考讨论
学生讨论回
通过课文上
的举例理解
两个事件在
一个参考系
高中物理 第七章第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性教案+习题(含解析)新人教版必修2
第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性1．相对论时空观(1)绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的，也叫□01牛顿力学时空观。
(2)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□02相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是□03相同的。
(3)相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态□04有关。
①时间延缓效应：如果相对于地面以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 ，那么两者之间的关系是□05Δt ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2，由于1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2<1，所以总有Δt □06>Δτ。
②长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间的关系是□07l ＝l 0 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，由于1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2<1，所以总有l □08<l 0。
2．牛顿力学的成就与局限性(1)牛顿力学的基础是□09牛顿运动定律，它在□10宏观、□11低速的领域里与实际相符合，但是物体在以□12接近光速运动时所遵从的规律，有些与牛顿力学的结论□13并不相同。
(2)电子、质子、中子等微观粒子不仅具有□14粒子性，同时还具有波动性，它们运动的规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明，而□15量子力学能够很好地描述微观粒子运动的规律。
(3)当物体的运动速度远小于光速c 时(c ＝3×108m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论□16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(h ＝6.63×10－34 J·s)，量子力学和牛顿力学的结论□17没有区别。
相对论与量子力学都没有否定牛顿力学，而只认为牛顿力学是它们在一定条件下的特殊情形。
高一物理导学案【相对论时空观和牛顿力学的局限性】
高一物理导学案【相对论时空观和牛顿力学的局限性】一 相对论时空观 1．19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了 的存在，并证明电磁波的传播速度等于 。
2．1887 年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是 的。
3．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 的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是 的。
4．时间延缓效应：完成同一动作，在相对于地面以v 运动的惯性参考系上的时间间隔Δτ和在地面上的人观察到的时间间隔Δt 之间的关系是Δt ＝Δτ1－(v c )2。
由于物体的速度不可能达到光速，所以1－(v c)2<1，总有Δt >Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
5．长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间的关系是l ＝l 01－(v c )2。
由于1－(v c)2<1，所以总有l <l 0，此种情况称为长度收缩效应。
6．相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。
二 牛顿力学的成就与局限性1．电子、质子、中子等微观粒子不仅具有 ，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，而 能够很好地描述微观粒子的运动规律。
2．牛顿力学的适用范围：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。
★合作探究★探究一：相对论时空观问题1：光速与参考系选取有关吗？问题2：爱因斯坦的假设是什么？问题3：如何理解时间延缓效应？问题4：如何理解长度收缩效应？问题5：什么是相对论时空观？问题6：如何理解低速和高速？(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动的物体。
(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。
第七章 第五节 相对论时空观与牛顿力学的局限性-高中物理同步备课学案(2019人教版必修第二册)
第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性知识点归纳知识点一、相对论1．经典的相对性原理(1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。
(2)相对性原理的三种表述①表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的。
②表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。
③表述三：任何惯性参考系都是平权的。
2．相对性原理与电磁规律在经典力学中如果某一惯性系相对另一惯性系的速度为v，在此惯性系中有一物体速度为光速c，那么，此物体相对另一惯性系的速度是c＋v吗？根据伽利略相对性原理答案是肯定的，但是这种答案被迈克耳孙—莫雷实验否定了。
迈克耳孙—莫雷实验证明了光速是不变的。
这和传统的速度合成法则是矛盾的。
3．狭义相对论的两个基本假设(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相同。
4．两个相对性原理的区别对于伽利略相对性原理来说，参考系中的坐标单位与参考系的运动无关；参考系中的时间与参考系的运动无关。
其速度合成规律应满足v＝v′＋u。
v′是A惯性系相对另一个B惯性系的速度，u是物体相对A惯性系的速度，那么，物体相对另一个B惯性系的速度为v＝v′＋u。
以此类推，若u是光速c，则在A惯性系的光速相对于B惯性系的速度为v＝v′＋c，那么，光速是可以变大或变小的(在真空中)。
对于狭义相对论的相对性原理来说，力学规律对惯性系来说都是相同的，但是光速是不变的。
由于光速是不变的，造成了与经典理论一些不同的结论。
知识点二、时间和空间的相对性1．“同时”的相对性在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察时：(1)经典的时空观认为一定是同时发生的。
(2)狭义相对论的时空观认为不一定是同时发生的。
2．长度的相对性(尺缩效应)(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。
【新教材精创】7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 导学案(2)-人教版高中物理必修第二册
第七章万有引力与宇宙航行7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性1、通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性。
1、知道牛顿运动定律的适用范围。
1．经典力学的基础是________________，牛顿运动定律和万有引力定律在________、________、__________的广阔领域，包括______________的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就．2．狭义相对论阐述物体在以________________运动时所遵从的规律．3．在经典力学中，物体的质量是________的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而__________，即m＝________________，两者在________________的条件下是统一的．4．经典力学认为位移和时间的测量与参考系________，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系________，在不同的参考系中________．5．19世纪末20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有__________，同时还具有__________.20世纪20年代，______________建立，它能够很好地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．6．经典力学的适用范围：只适用于__________运动，不适用于________运动；只适用于________世界，不适用于________世界．一、以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）s、时间t和质量m这三个物理量都与物体的运动速度无关.一根尺子静止时这样长，当它运动时还是这样长；一分钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量和运动时的质量一样.这就是经典力学的绝对时空观。
到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难.在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论.狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的.长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：l =l0（通称尺缩效应） t = （钟慢效应）上式中，各式里的v 都是物体的运动速度，c 是真空中的光速，l 0和l 分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t 和t 0分别为在相对静止和运动的系统中测得的时间；m 0和m 分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量.但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v <<c ），则上面的一些结果就变为l ≈l 0，t ≈t 0，m ≈m 0，因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的.二、自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性。
高一下学期物理人教版必修第二册7相对论时空观与牛顿力学的局限性 学案
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性学案【学习目标】1.知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围。
2.知道相对论、量子力学和经典力学的关系。
3.通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
【重点难点】重点：了解经典力学的局限性。
难点：了解相对论、量子力学与经典力学的关系。
【自主学习】1.经典力学的基础是_________，牛顿运动定律和万有引力定律在_________、_________、_________的广阔领域，包括_________的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。
2.狭义相对论阐述物体在以_____________运动时所遵从的规律。
3.在经典力学中，物体的质量是_________的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而____________，即m=_________，两者在___________的条件下是统一的。
4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系____________，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系___________，在不同的参考系中____________。
5.19世纪末20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有_________，同时还具有___________。
20世纪20年代，__________建立，它能够很好地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
6.经典力学的适用范围：只适用于___________运动，不适用于________运动；只适用于世________界，不适用于___________世界。
【重难详解】【探究一】绝对时空观1.惯性系与非惯性系（1）惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系；相对于惯性系做匀速直线运动的参考系也是惯性系。
（2）非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系；相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系。
相对论空观与牛顿力学的局限性—-高中物理必修第二册
)
A.火箭A上的时钟走得最快
B.地面上的时钟走得最快
C.火箭B上的时钟走得最快
D.火箭B上的时钟走得最慢
解析:在火箭A上的人看来,地面和火箭B都高速远离自己,由
Δ
Δt=
2 知,在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B上的时
1
钟都变慢了,且地面上的时钟最慢,因此选项A正确,B、C、D错误。
(1)时间延缓效应
如果相对于地面以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
Δ
物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为 Δt,则 Δt=
,由于
2
1-( )
1-( )2<1,所以总有 Δt>Δτ,此种情况称为时间延缓效应。
必备知识
自我检测
速不变原理,选项A、C正确。
答案:AC
必备知识
自我检测
3.一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞过。
(1)火箭上的人测得火箭的长度应为
。
(2)观察者测得火箭的长度应为
。
(3)如果火箭的速度为光速的二分之一,观察者测得火箭的长度应
为
。
必备知识
自我检测
解析:(1)火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测得的长度相同,
度越大,钟走得越慢;同时运动是相对的,火箭相对于地面上的人是
运动的,地面上的人相对于火箭也是运动的,所以若v=0.5c,火箭上
的观察者认为地面上的时钟走得慢,同时地面上的观察者认为火箭
上的时钟走得慢,故C错误,D正确。
答案:AD
探究一
探究二
随堂检测
2023年人教版新教材高中物理必修第二册7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 课时分层练习题含答案解
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性1.基础达标练一、单选题（本大题共10小题）1. 下列说法正确的是( )A. 牛顿定律适合于解决宏观、低速的物体运动问题B. 在真空中相对于不同的惯性参考系光速是不同的C. 在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的快D. 在地面观察高速行进的列车时，测其长度会比它静止时的长度大【答案】A【解析】1、狭义相对论的两个基本假设：①物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，这叫做相对性原理；②在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c，这叫光速不变原理；它告诉我们光(在真空中)的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度。
2、狭义相对论的几个重要的效应：①钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点；③质量变大：质量(或能量)并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大。
【解答】A.牛顿定律是经典物理学的基础，仅适用于低速、宏观领域，故A正确；B.根据狭义相对论可知，在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c，这叫光速不变原理，故B错误；C. 根据狭义相对论的钟慢效应可知，在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的慢，故C错误；D.根据狭义相对论的尺缩效应可知，在地面观察高速行进的列车时，测其长度会比它静止时的长度小，故D错误。
2. 关于经典力学和相对论，下列说法正确的是( )A. 经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容B. 相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C. 相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系D. 经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例【答案】D【解析】解：、经典力学是狭义相对论在低速( )条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；B、、相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围；故BC错误；D、经典力学是狭义相对论在低速( )条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，故D正确。
7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性2020-2021新教材人教版高中物理必修二导学课件2
不论是宏观物体,还是1微.观通粒子过,牛对顿力相学和对量子论力学时都空是适观用的的学习,初步了解相对论时空观和牛顿力学时
答案: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.
(1)如果相对于地面以空v运动观的惯的性区参考别系上,的能人说观察出到与爱其一因起运斯动的坦物的体完两成某个个动假作的设时.间通间隔过为Δμτ,子地面寿上的命人观变察到长该物验体证在同高一地速点完成
探究二 牛顿力学的成就与局限性
阅读教材第65~67页,回答下列问题.
相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论
地球绕太阳公转的速度是3×10 m/s,粒子对撞机(如图所示) 你能举例说出牛顿力学不能解释哪些现象吗?
4
答案: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.
进一步深化对科学本质的认识. (1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别.
探究二 牛顿力学的成就与局限性
知识点一 绝对时空观(牛顿力学时空观)
阅读教材第65页,简要说明绝对时空观的基本观点. 答案:空间和时间都独立于物体及其运动而存在. 时间和空间是两个独立的观念,彼此间没有联系.通俗地说 就是时间、长度和质量这三者都与参考系的选取无关.
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
在宏观物体做低速运动的广阔领域,牛顿力学与实际相符合,显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力.
阅读教材第65页,简要说明绝对时空观的基本观点. 这一结论实际上已被大量的实验证实.
学习目标
解析:相对论没有否定牛顿力学,牛顿力学是相对论在一定条件下的特殊情形,选项A错误,选项B正确.
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相对论时空观与牛顿力学的局限性
【学习目标】
1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围。
2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系。
3．通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
【学习重点】
了解经典力学的局限性
【学习难点】
了解相对论、量子力学与经典力学的关系
【新知探究】
一、自主学习
1．“同时”的相对性
（1）经典物理学认为：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 相同 的。
（2）狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中不一定是相同的。
2．时间间隔的相对性
（1）经典物理学认为：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是_相同的_______的。
（2）相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是_不同__的。
设τ∆表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的两事件的时间间隔，t ∆表示相对事件发生地以速度v 高速运动的参考系中观测的同样两事件的时间间隔，则它们的关系是
Δt ＝Δτ
1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2
，即运动时钟会变慢。
3．长度的相对性
（1）经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。
（2）相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。
与杆相对静止的人认为杆长为0l ，与杆相对运动的人认为杆长是l ，那么两者之间的关系是l 0=
1－⎝ ⎛⎭
⎪⎫v c 2，即运动长度会收缩。
二、合作学习
【问题1】经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？举例说明。
结论：经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。
因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不再适用，同时在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域内也不再适用。
【问题2】经典力学的适用范围是什么？
结论：宏观物体，低速运动。
【问题3】相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学？应该怎样认识？
结论：相对论和量子力学的出现并没有否定牛顿的经典力学，它们只是在不同情况下采用的不同研究方法，经典力学在微观领域、高速运动的情况下不再适用，而量子力学也不适用于宏观、低速运动的物体。
【学习小结】
1．爱因斯坦的两个假设
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；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。
2．时间延缓效应
3．长度收缩效应
4．经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子：经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题。
【精练反馈】
1．判断下列说法是否正确。
（1）一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观
点。
（√）
（2）一根杆的长度静止时为0l ，不管杆如何运动，杆的长度均小于0l 。
（×）
（3）“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化。
（×）
（4）长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变。
（√）
（5）高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了。
（√）
（6）地面上的人认为两个事件同时发生，而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认为。
（√）
2．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（AD ）
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，把物理学推到高速领域
3．20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低速运动的问题，不能用来处理高速运动的问题；只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。
这说明（BCD ）
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 ．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律。