新教材高中物理第5章科学进步无止境课件鲁科版必 29页

第 5 章　科学进步无止境 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1. 知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设。 2. 知道狭义相对论的几个主要结论。 3. 了解经典时空观与相对论时空观的主要区别。 会应用相对论的几个主要结论进行简单的计算。 体会相对论的建立对人类认识世界的影响。 知识点一　初识相对论 1. 迈克尔孙 — 莫雷实验 (1) 经典物理学家曾认为， “ 以太 ” 是光波的 ，这种介质绝对静止、密度极小、硬度极大、完全透明，充满宇宙空间，渗透于一切物体。 (2) 迈克尔孙 — 莫雷实验证明了光速是不变的，这与传统的速度合成法则是 _____ 的。 2. 狭义相对论的两个基本假设 (1) 相对性原理：所有 在一切惯性参考系中都具有形同的形式。 (2) 光速不变原理：在一切惯性系中，测量到的 的 都一样 ( c ＝ 3 × 10 8 m/s) 。 传播介质 矛盾 物理规律 真空中 光速 c [ 思考判断 ] (1) 经典的物理学中，速度的合成与分解应用平行四边形定则。 ( ) (2) 光的传播介质是 “ 以太 ” 。 ( ) (3) 按照狭义相对论，一切惯性系中，测得真空中的光速都相同。 ( ) √ × √ 知识点二　相对论中的神奇时空 1. 时间延缓效应 (1) 经典的时空观：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，惯性系 越大，惯性系中的 进行得越慢。非但如此，惯性系中的一切 都变慢了。 相同 不同 速度 时间进程 物理、化学过程和生命过程 2. 长度收缩效应 相对运动 相对性 小 3. 质能关系 质量 能量 mc 2 增加 增大 4. 时空弯曲 爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。天体之间的引力作用是时空弯曲的结果。 [ 思考判断 ] (1) 任何情况下测量物体的长度都是相同的。 ( ) (2) 在狭义相对论时空观中空间和时间与物质的运动状态无关。 ( ) (3) 在相对论力学中，物体静止时的质量最小。 ( ) × × √ 知识点三　探索宇宙的奥秘 1. 宇宙的起源 “ 大爆炸 ” 宇宙模型认为，宇宙起源于一个 “ 奇点 ” ，在该奇点，温度为 ________ ，物质密度为 ，即发生宇宙大爆炸之后，宇宙不断膨胀，温度不断降低。 2. 宇宙的演化 通过观测和理论分析，科学家推测宇宙的大部分都是由 和 组成的，但是人类对暗物质和暗能量的本质至今仍不了解，现有的天文观测资料不能确定宇宙的未来将走向何处，这有待于人类的进一步探索。 无限高 无限大 暗物质 暗能量 3. 永不停息的探索 (1)2016 年，我国落成启用了世界上最大单口径、最灵敏、具有我国自主知识产权的射电望远镜 —— “ 中国天眼 ” 。 (2) 宇宙茫茫无际，人类的探索也不会停止，为了摆脱大气层的影响，人们先后发射了许多人造卫星及宇宙飞行器用于天文观测。 (3) 开启了探索宇宙的新窗口，它可以让我们倾听宇宙，了解宇宙。 引力波 [ 思考判断 ] (1) “ 大爆炸 ” 理论指出宇宙起源于一个 “ 奇点 ” 。 ( ) (2) 根据现有的天文观测资料，人们已经能确定宇宙的未来将走向何处。 ( ) (3) 引力波只是一种猜想，并不存在。 ( ) √ × × 经典的相对性原理与狭义相对论 核心要点 [ 情景探究 ] (1) 如图所示，小球相对于参考系 O 以速度 v 0 向右抛出，人相对于参考系 O ′ 静止，当参考系 O ′ 相对于参考系 O 静止、以速度 v 向右运动和以速度 v 向左运动时，人观察到小球的速度分别为多大？ (2) 如图所示，光源相对于参考系 O 静止，人相对于参考系 O ′ 静止，当参考系 O ′ 相对于参考系 O 静止、以速度 v 向右运动和以速度 v 向左运动时，人观察到的光源发出光的传播速度分别为多大？ 答案 　 (1) 分别为 v 0 、 v 0 － v 、 v 0 ＋ v 　 (2) 人观察到的光速都是 c [ 探究归纳 ] 1. 惯性系与非惯性系的确定 ：我们通常选取大地为惯性系，相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性系，相对于地面做变速运动的物体都是非惯性系。 2. 光的传播速度与惯性系的选取无关。在任何情况下，真空中的光速都是 c 。 [ 经典示例 ] [ 例 1] 关于狭义相对论，下列说法不正确的是 ( 　　 ) 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 解析 　根据狭义相对论的基本假设可知，选项 A 、 B 正确；狭义相对论只涉及惯性参考系，不涉及非惯性参考系，选项 D 错误， C 正确。 答案 　 D [ 针对训练 1] 以下说法中正确的是 ( 　　 ) A. 经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的 B. 经典物理规律也适用于高速运动的物体 C. 力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的 D. 力学规律在任何惯性系里都是等价的 解析 　在所有惯性系中，一切力学规律都是等价的，故 D 正确， C 错误；经典物理规律是狭义相对论在低速状态下的一个近似，所以经典物理规律只适用于低速运动的物体，而经典物理中的速度合成公式也只适用于低速情况，故 A 、 B 均错误。 答案 　 D 相对论的时空观 [ 要点归纳 ] 1. 两个效应 核心要点 2. 两种关系 (2) 质能关系 ① 按照相对论及基本力学定律可推出质量和能量有如下关系： E ＝ mc 2 ，这就是著名的质能关系式。 ② 质量和能量是物质不可分离的属性，当物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加，其关系为Δ E ＝ Δ mc 2 。 [ 经典示例 ] [ 例 2] ( 多选 ) 接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有 ( 　　 ) A. 飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B. 飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 C. 地球上的人观测到地球上的钟较快 D. 地球上的人观测到地球上的钟较慢 解析 　由狭义相对论 “ 动钟变慢 ” 原理可知，飞船上的人认为地球上的钟是运动的，而飞船上的钟是静止的，所以飞船上的人观测到飞船上的钟较快，地球上的钟较慢， A 正确， B 错误；地球上的人认为地球上的钟是静止的，而飞船上的钟是运动的，所以地球上的人认为飞船上的钟较慢，地球上的钟较快， C 正确， D 错误。 答案 　 AC [ 针对训练 2] ( 多选 ) 甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺子，同时乙在地面上看甲手中沿火车前进方向放置的尺子，则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度大 B. 甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度小 C. 乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度大 D. 乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度小 答案 　 BD