《相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性》萬有引力與宇宙航行PPT優(yōu)秀課件
第一部分內(nèi)容：學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.了解相對論時空觀，知道時間延緩效應(yīng)和長度收縮效應(yīng).
2.認(rèn)識牛頓力學(xué)的成就，適用范圍及局限性.
3.了解科學(xué)理論的相對性，體會科學(xué)理論是不斷發(fā)展和完善的.
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相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性PPT，第二部分內(nèi)容：01梳理教材 夯實(shí)基礎(chǔ)
一、相對論時空觀
1.19世紀(jì)，英國物理學(xué)家________根據(jù)電磁場理論預(yù)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(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________！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系 (填“相符”或“不符”).
3.愛因斯坦假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)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(yīng)
(1)如果相對于地面以v運(yùn)動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)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(diǎn)完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt＝________ .
(2)Δt與Δτ的關(guān)系總有________，即物理過程的快慢(時間進(jìn)程)與運(yùn)動狀態(tài)________ .(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)
5.長度收縮效應(yīng)：
(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(yùn)動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝________ .
(2)l與l0的關(guān)系總有________，即運(yùn)動物體的長度(空間距離)跟物體的運(yùn)動狀態(tài)________.
(填“無關(guān)”或“有關(guān)”)
二、牛頓力學(xué)的成就與局限性
1.牛頓力學(xué)的成就：牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是________________，________________定律的建立與應(yīng)用更是確立了人們對牛頓力學(xué)的尊敬.
2.牛頓力學(xué)局限性：牛頓力學(xué)的適用范圍是________(填“高速”或“低速”)運(yùn)動的________(填“宏觀”或“微觀”)物體.
(1)當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動時，有些與牛頓力學(xué)的結(jié)論________.
(2)電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運(yùn)動________用牛頓力學(xué)來說明.
3.牛頓力學(xué)________被新的科學(xué)成就所否定，當(dāng)物體運(yùn)動的速度________________時，相對論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別.
即學(xué)即用
1.判斷下列說法的正誤.
(1)運(yùn)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(yùn)動的桿的長度變短.( )
(3)經(jīng)典力學(xué)只適用于世界上普通的物體，研究天體的運(yùn)動經(jīng)典力學(xué)就無能為力了.( )
(4)洲際導(dǎo)彈的速度可達(dá)到6 000 m/s，在這種高速運(yùn)動狀態(tài)下，經(jīng)典力學(xué)不適用.( )
(5)當(dāng)物體的速度接近光速時，經(jīng)典力學(xué)就不適用了.( )
(6)對于質(zhì)子、電子的運(yùn)動情況，經(jīng)典力學(xué)同樣適用.( )
2.以約8 km/s的速度運(yùn)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(xué)的局限性PPT，第三部分內(nèi)容：02探究重點(diǎn) 提升素養(yǎng)
一、相對論時空觀
導(dǎo)學(xué)探究
地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是3×104 m/s，設(shè)在美國伊利諾斯州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhǔn)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(yùn)動，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運(yùn)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(yīng)
3.對于低速運(yùn)動的物體，相對論效應(yīng)可以忽略不計(jì)，一般用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來處理；對于高速運(yùn)動問題，經(jīng)典力學(xué)不再適用，需要用相對論知識來處理.
例1 在靜止坐標(biāo)系中的正立方體邊長為l0，另一坐標(biāo)系以相對速度v平行于正立方體的一邊運(yùn)動.問在后一坐標(biāo)系中的觀察者測得的立方體的體積是多少？
總結(jié)提升
相對于地面以速度v運(yùn)動的物體，從地面上看：
(1)沿著運(yùn)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(yùn)動方向不發(fā)生長度收縮效應(yīng)現(xiàn)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(jié)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(xué)的成就與局限性
導(dǎo)學(xué)探究
如圖1所示，質(zhì)子束被加速到接近光速，經(jīng)典力學(xué)適用于質(zhì)子束的運(yùn)動規(guī)律嗎？
知識深化
1.經(jīng)典力學(xué)的成就
(1)經(jīng)典力學(xué)體系是時代的產(chǎn)物，是現(xiàn)代機(jī)械、土木建筑、交通運(yùn)輸以至航空航天技術(shù)的理論基礎(chǔ).
(2)經(jīng)典力學(xué)的思想方法對藝術(shù)、政治、哲學(xué)等社會科學(xué)領(lǐng)域也有巨大影響.
2.經(jīng)典力學(xué)的局限性及適用范圍
(1)經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動的物體，相對論闡述物體在以接近光速運(yùn)動時所遵循的規(guī)律.
(2)經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀世界；量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動規(guī)律.
3.相對論和量子力學(xué)沒有否定經(jīng)典力學(xué)
(1)當(dāng)物體的運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于光速時，相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別；
(2)當(dāng)另一個重要常量即“普朗克常量”可以忽略不計(jì)時，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別.
(3)相對論和量子力學(xué)并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)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(guān)于經(jīng)典力學(xué)的說法正確的是
A.經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀、低速(遠(yuǎn)小于光速)運(yùn)動的物體
B.經(jīng)典力學(xué)適用于微觀、高速(接近光速)運(yùn)動的粒子
C.相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，表明經(jīng)典力學(xué)已被完全否定了
D.經(jīng)典力學(xué)在理論和實(shí)踐上取得了巨大的成功，從地面到天體的運(yùn)動都服從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)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(xué)的局限性PPT，第四部分內(nèi)容：03隨堂演練 逐點(diǎn)落實(shí)
1.(長度收縮效應(yīng))假設(shè)地面上有一火車以接近光速的速度運(yùn)行，其內(nèi)站立著一個中等身材的人，站在路旁的人觀察車?yán)锏娜�，觀察的結(jié)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(yīng))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(jīng)過一段時間返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多，則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是
A.哥哥在太空中發(fā)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(jìn)程就越慢，生理過程也越慢
D.這是神話，科學(xué)無法解釋
3.(相對論效應(yīng))來自太陽和宇宙深處的高能粒子流，與高層大氣作用產(chǎn)生一種叫作μ子的次級宇宙射線，μ子低速運(yùn)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(dá)地面，但實(shí)際上在地面上可以觀測到許多μ子.則根據(jù)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(rèn)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(jīng)典力學(xué)的成就與局限性)(多選)下列說法中正確的是
A.經(jīng)典力學(xué)是以牛頓的三大定律為基礎(chǔ)的
B.經(jīng)典力學(xué)在任何情況下都適用
C.當(dāng)物體的速度接近光速時，經(jīng)典力學(xué)就不適用了
D.相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，使經(jīng)典力學(xué)失去了意義
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