高中物理第五章经典力学与物理学的革命1经典力学的成就与局限性2经典时空观与相对论时空观课件粤教版必修2 44页

　第五章　经典力学与物理学革命 第一节　经典力学的成就与局限性 　第二节　经典时空观与相对论时空观 一、经典力学的成就和局限性 1. 经典力学的伟大成就 : (1) 经典力学把天上物体和地上物体的运动统一起来 , 从力学上证明了自然界的多样性的统一 , 实现了人类对 自然界认识的第一次 ___________ 。 (2) 使人们认识到了以现象观察和 _________ 为基础的 自然科学理论的基本特征。 理论大综合 实验研究 (3) 建立了以 _____ 和数学相结合的研究方法。 (4) 推动了其他学科的发展 , 与其他学科相结合产生了 一些交叉性的分支学科。 实验 2. 经典力学的局限性 : (1) 经典力学的应用受到物体 _________ 的限制 , 当物体 的运动速率接近于真空中的光速时 , 经典力学的许多观 念将发生重大变化。 (2) 经典力学不适用于微观领域中 _________ 和能量不连 续的现象。 运动速率 物质结构 二、经典时空观 1. 惯性系与非惯性系 : (1) 惯性系 : 凡是 _________ 定律成立的参考系 , 相对于 惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系。 (2) 非惯性系 :_________ 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。 牛顿运动 牛顿运动 2. 伽利略相对性原理 : 对于所有的惯性系 ,_____ 规律都 是相同的 , 或者说 , 一切惯性系都是 _______ 。 3. 经典时空观 ( 绝对时空观 ): 时间永远均匀地流逝 , 与 任何外界 _____; 空间与任何外界事物 _____, 从不运动 , 永远不变。 力学 等效的 无关 无关 4. 经典时空观的几个具体结论 : (1)_____ 的绝对性。 (2)_________ 的绝对性。 (3)_________ 的绝对性。 (4) 物体质量 _________, 即它不随观察者的 _________ 而改变。 同时 时间间隔 空间距离 恒定不变 相对运动 【 思考辨析 】 (1) 牛顿运动定律适用于任何参考系。 ( 　　 ) (2) 经典时空观认为时间间隔是绝对的。 ( 　　 ) (3) 经典时空观认为物体的质量是绝对的。 ( 　　 ) 提示 : (1)× 。牛顿运动定律只适用于惯性系 , 不适用于非惯性系。 (2)√ 。经典时空观中 , 时间间隔是绝对的。 (3)√ 。经典时空观中 , 物体的质量也被视为恒定不变的 , 与参考系的运动无关。 三、相对论时空观 1. 光速不变与经典物理学的矛盾 : 观察和实验事实表明 : 无论光源和观察者如何运动 , 光速只能是 c, 这与经典力 学的 _________ 法则相矛盾。 速度合成 2. 狭义相对论的两条基本假设 : (1) 相对性原理 : 在不同的惯性参考系中 , 一切物理规律 都是 _______ 。 (2) 光速不变原理 : 不管在哪个惯性系中 , 测得的真空中 的光速都 _____ 。 相同的 相同 3. 相对论时空观 : (1)“ 同时”的相对性 : 在一个参考系中同时发生的两 个事件 , 在另一个参考系看来是 _______ 的。 (2) 运动的时钟变慢 : 时钟相对于观察者 _____ 时 , 走得 快 ; 相对于观察者 _____ 时 , 走得慢。运动速度越快 , 效 果越明显。 不同时 静止 运动 (3) 运动的尺子缩短 : 物体相对于观察者 _____ 时 , 它的 长度测量值最大 ; 相对于观察者 _____ 时 , 观察者在 _____ 方向上观测 , 它的长度要缩短 , 速度越快 , 缩的 _____ 。 (4) 物体质量随速度的 _____ 而增大。 静止 运动 运动 越短 增加 一　经典力学与相对论的比较 【 典例 】 下列描述不属于经典力学范围的是 ( 　 ) A. 开普勒对行星运动规律的描述 B. 伽利略对落体运动规律的描述 C. 牛顿对物体低速运动规律的描述 D. 爱因斯坦对粒子接近光速运动规律的描述 【 解析 】 选 D 。开普勒对行星运动规律的描述、伽利略对落体运动规律的描述以及牛顿对物体低速运动规律的描述 , 都属于宏观低速运动的情况 , 经典力学能适用。而爱因斯坦对粒子接近光速运动规律的描述中 , 粒子接近光速的运动 , 不能适用于经典力学 ; 故 D 不属于经典力学范围 ,A 、 B 、 C 属于经典力学范围 【 核心归纳 】 经典力学与相对论的区别与联系 1. 区别 : 比较项 经 典 力 学 相对论 形成 时期 物理学形成的初期阶段 , 受历史发展限制 , 理论较肤浅、片面 形成于物理学充分发展的现代 , 理论较完善、科学 比较项 经 典 力 学 相对论 适用 范围 低速运动、宏观世界 , 弱引力作用 任何情况都适用 速度对质量的影响 物体的质量不随其速度的变化而变化 物体的质量随其速度的增加而变大 速度的 合成 时间与空间互不相干 , 关系式 v 船岸 = v 船水 +v 水岸 成立 速度与位移、时间的测量有关 ,v 船岸 =v 船水 +v 水岸 不成立 2. 联系 : (1) 当物体的运动速度远小于光速时 , 相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 (2) 相对论并没有否定经典力学 , 经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形。 【 过关训练 】 1. 下列物体的运动不能用经典力学描述的是 ( 　　 ) A. 子弹的飞行　　　 B. 人造卫星的运行 C. 小汽车的行驶　　　 D. 光子的运动 【 解析 】 选 D 。经典力学适用于低速宏观的物体 , 不适用于微观高速物体 , 故光子的运动不能用经典力学描述 , 子弹的飞行、人造卫星的运行、小汽车的行驶都能用经典力学描述。故选 D 。 2. 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 在经典力学中 , 物体的质量不随运动状态而改变 , 在狭义相对论中 , 物体的质量也不随运动状态而改变 B. 狭义相对论和经典力学是完全不同相互矛盾的两个理论 C. 物体高速运动时 , 物体的运动服从狭义相对论 , 在低速运动时 , 物体的运动服从牛顿运动定律 D. 以上说法都是错误的 【 解析 】 选 C 。在经典力学中 , 物体的质量不随运动状态而改变 , 在狭义相对论中 , 物体的质量随物体运动速度的增大而增大 , 选项 A 错误 ; 狭义相对论没有否定经典力学 , 经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形 , 选项 B 错误 ; 经典力学适用于低速运动的物体 , 狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律 , 选项 C 正确。 【 补偿训练 】 ( 多选 ) 几世纪以来 , 人们发现了一些新的事实 , 而经典力学无法解释。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 , 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. 不同领域的事物具有相同的本质与规律 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 【 解析 】 选 B 、 D 。人们对客观世界的认识 , 要受到他所处时代的客观条件和科学水平的制约 , 所以形成的看法也都具有一定的局限性 , 人们只有不断地扩展自己的认识 , 才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律 ; 新的科学的诞生 , 并不意味着对原有科学的全盘否定。故 A 、 C 错 ,B 、 D 对。 二　对相对论中“两个基本原理”和“相对论时空 观”内容的理解 【 典例 】 下面的说法 , 不符合爱因斯坦的相对论的是 ( 　　 ) A. 物体质量总是保持不变的 B. 运动的尺子缩短 C. 运动的时钟变慢　　　　 D.“ 同时”是有相对性的 【 解析 】 选 A 。根据狭义相对论的基本结论 , 质量并不是独立的 , 而是与运动状态相关的 , 速度越大 , 质量越大 , 故 A 错误 ; 根据狭义相对论的尺缩效应 , 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 , 故 B 正确 ; 根据狭义相对论 , 运动的钟比静止的钟走得慢 , 故 C 正确 ; 根据狭义相对论可知 , 时间具有相对性 , 所以“同时”是有相对性的。故 D 正确。 【 核心归纳 】 1. 两个基本原理 : (1) 相对性原理 : 所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式 , 表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程 , 其运动规律的形式不变。 (2) 光速不变原理 : 在一切惯性参照系中 , 测量到的真空中的光速 c 都一样 , 表明了经典时空观与相对论时空观的不同 ; 比较如下 : 经典时空观 相对论时空观 运动 情况 同一运动对不同参照系描述结果不同 , 即速度不同 光在一切惯性参照系中传向各个方向的速度不变 经典时空观 相对论时空观 时间与空间的 关系 时间均匀流逝 , 空间不变化 , 与运动情况及外部条件无关 时间、空间都随运动情况而改变 几个 结论 ① 同时的绝对性 ②时间间隔的绝对性 ③空间距离的绝对性 ④物体的质量恒定不变 ① 同时的相对性 ②运动的时钟变慢 ③运动的尺子缩短 ④物体的质量随速度的增大而增大 2. 相对论时空观的内容 : 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有关。 (1) 时间延缓效应 : 在相对于地面以速度 v 匀速运动的惯 性系内 , 测得该惯性系中某一事件所经历的时间为 Δt′, 则在地面上测得该事件所经历的时间为 : 由于 vΔt′ 。即用同样标准的钟 , 在静止参照系中测得的时间比在运动参照系中测得的时间长 , 好比是运动的钟走“慢”了。 (2) 长度收缩效应 : 一把尺子 , 在相对于它静止的参照系 xOy 中测得其长度为 l ( 称为静止长度 ), 如图所示。当该 尺子相对另一惯性系 x′O′y′( 如地面 ) 沿尺子长度方 向以速度 v 运动时 , 在该惯性系 x′O′y′( 如地面 ) 中测 得尺子的长度为 l ′= 由于 v