《相對論時空觀與牛頓力學的局限性》萬有引力與宇宙航行PPT優秀課件
第一部分內容：學習目標
1.了解相對論時空觀，知道時間延緩效應和長度收縮效應.
2.認識牛頓力學的成就，適用范圍及局限性.
3.了解科學理論的相對性，體會科學理論是不斷發展和完善的.
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相對論時空觀與牛頓力學的局限性PPT，第二部分內容：01梳理教材 夯實基礎
一、相對論時空觀
1.19世紀，英國物理學家________根據電磁場理論預言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度________光速c.
2.1887年邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度________！這與牛頓力學中不同參考系之間的速度變換關系 (填“相符”或“不符”).
3.愛因斯坦假設：在不同的慣性參考系中，物理規律的形式都是________ 的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的.
4.時間延緩效應
(1)如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關系是Δt＝________ .
(2)Δt與Δτ的關系總有________，即物理過程的快慢(時間進程)與運動狀態________ .(填“有關”或“無關”)
5.長度收縮效應：
(1)如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關系是l＝________ .
(2)l與l0的關系總有________，即運動物體的長度(空間距離)跟物體的運動狀態________.
(填“無關”或“有關”)
二、牛頓力學的成就與局限性
1.牛頓力學的成就：牛頓力學的基礎是________________，________________定律的建立與應用更是確立了人們對牛頓力學的尊敬.
2.牛頓力學局限性：牛頓力學的適用范圍是________(填“高速”或“低速”)運動的________(填“宏觀”或“微觀”)物體.
(1)當物體以接近光速運動時，有些與牛頓力學的結論________.
(2)電子、質子、中子等微觀粒子的運動________用牛頓力學來說明.
3.牛頓力學________被新的科學成就所否定，當物體運動的速度________________時，相對論物理學與牛頓力學的結論沒有區別.
即學即用
1.判斷下列說法的正誤.
(1)運動的時鐘顯示的時間變慢，高速飛行的μ子的壽命變長.( )
(2)沿著桿的方向，相對于觀察者運動的桿的長度變短.( )
(3)經典力學只適用于世界上普通的物體，研究天體的運動經典力學就無能為力了.( )
(4)洲際導彈的速度可達到6 000 m/s，在這種高速運動狀態下，經典力學不適用.( )
(5)當物體的速度接近光速時，經典力學就不適用了.( )
(6)對于質子、電子的運動情況，經典力學同樣適用.( )
2.以約8 km/s的速度運行的飛船上，一只完好的手表走過1 h，地面上的時鐘顯示的時間______(填“大于”“等于”或“小于”)1 h.
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相對論時空觀與牛頓力學的局限性PPT，第三部分內容：02探究重點 提升素養
一、相對論時空觀
導學探究
地球繞太陽公轉的速度是3×104 m/s，設在美國伊利諾斯州費米實驗室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，請思考：
(1)地球的公轉速度在狹義相對論中屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速度屬于低速還是高速？
答案 地球公轉速度屬于低速，被加速器加速后的電子的速度屬于高速.
(2)在地面上校準的兩只鐘，一只留在地面上，一只隨宇宙飛船遨游太空，隔一段時間飛船返回地面時，兩只鐘顯示的時間相同嗎？有什么差別？
答案 不相同，隨飛船旅行的時鐘變慢(顯示的時間少).
知識深化
1.低速與高速
(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發射的導彈、人造地球衛星及宇宙飛船等物體皆為低速運動物體.
(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速.
2.相對論的兩個效應
3.對于低速運動的物體，相對論效應可以忽略不計，一般用經典力學規律來處理；對于高速運動問題，經典力學不再適用，需要用相對論知識來處理.
例1 在靜止坐標系中的正立方體邊長為l0，另一坐標系以相對速度v平行于正立方體的一邊運動.問在后一坐標系中的觀察者測得的立方體的體積是多少？
總結提升
相對于地面以速度v運動的物體，從地面上看：
(1)沿著運動方向上的長度變短了，速度越大，變短得越多.
(2)在垂直于運動方向不發生長度收縮效應現象.
例2 A、B兩火箭沿同一方向高速飛過地面上的某處，vA＞vB，在地面上的人觀察到的結果正確的是
A.火箭A上的時鐘走得最快 B.地面上的時鐘走得最快
C.火箭B上的時鐘走得最快 D.火箭B上的時鐘走得最慢
二、牛頓力學的成就與局限性
導學探究
如圖1所示，質子束被加速到接近光速，經典力學適用于質子束的運動規律嗎？
知識深化
1.經典力學的成就
(1)經典力學體系是時代的產物，是現代機械、土木建筑、交通運輸以至航空航天技術的理論基礎.
(2)經典力學的思想方法對藝術、政治、哲學等社會科學領域也有巨大影響.
2.經典力學的局限性及適用范圍
(1)經典力學適用于低速運動的物體，相對論闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規律.
(2)經典力學適用于宏觀世界；量子力學能夠正確描述微觀粒子的運動規律.
3.相對論和量子力學沒有否定經典力學
(1)當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學與經典物理學的結論沒有區別；
(2)當另一個重要常量即“普朗克常量”可以忽略不計時，量子力學和經典力學的結論沒有區別.
(3)相對論和量子力學并沒有否定經典力學，經典力學是二者在一定條件下的特殊情形.
例3 (2019·北師大附中高二上期中)下列關于經典力學的說法正確的是
A.經典力學適用于宏觀、低速(遠小于光速)運動的物體
B.經典力學適用于微觀、高速(接近光速)運動的粒子
C.相對論和量子力學的出現，表明經典力學已被完全否定了
D.經典力學在理論和實踐上取得了巨大的成功，從地面到天體的運動都服從經典力學的規律，因此任何情況下都適用
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相對論時空觀與牛頓力學的局限性PPT，第四部分內容：03隨堂演練 逐點落實
1.(長度收縮效應)假設地面上有一火車以接近光速的速度運行，其內站立著一個中等身材的人，站在路旁的人觀察車里的人，觀察的結果是
A.這個人是一個矮胖子 B.這個人是一個瘦高個子
C.這個人矮但不胖 D.這個人瘦但不高
2.(時間延緩效應)話說有兄弟兩個，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開地球去遨游太空，經過一段時間返回地球，哥哥驚奇地發現弟弟比自己要蒼老許多，則該現象的科學解釋是
A.哥哥在太空中發生了基因突變，停止生長了
B.弟弟思念哥哥而加速生長了
C.由相對論可知，物體速度越大，在其上時間進程就越慢，生理過程也越慢
D.這是神話，科學無法解釋
3.(相對論效應)來自太陽和宇宙深處的高能粒子流，與高層大氣作用產生一種叫作μ子的次級宇宙射線，μ子低速運動時的壽命只有3.0 μs，按常理，μ子不可能穿過高度大于100 km的大氣層到達地面，但實際上在地面上可以觀測到許多μ子.則根據相對論可以確定：在地球上測量向地球高速飛行的該粒子的平均壽命______(選填“大于”“等于”或“小于”)3.0 μs.如果觀察者和μ子一起以接近光速的速度飛向地面，觀察者認為大氣層厚度______(選填“大于”“等于”或“小于”) 100 km；如果觀察者和μ子一起以0.99c的速度飛向地面，觀察者觀察同方向向地球照射的太陽光的光速______c.(選填“大于”“等于”或“小于”)
4.(經典力學的成就與局限性)(多選)下列說法中正確的是
A.經典力學是以牛頓的三大定律為基礎的
B.經典力學在任何情況下都適用
C.當物體的速度接近光速時，經典力學就不適用了
D.相對論和量子力學的出現，使經典力學失去了意義
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