人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性示范课ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性示范课ppt课件，共29页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，牛顿力学，关键能力·合作学习，情境·模型·素养等内容，欢迎下载使用。

一、相对论时空观【情境思考】1971年,两位科学家利用数台铯原子钟,其中四台放到飞机上,地面上留一台作为标准钟,随后让飞机在赤道附近环球飞行,一次向东,一次向西,问向东飞的原子钟时间与向西飞的原子钟时间有什么差异?提示:向东飞的原子钟时间比向西飞的原子钟时间慢。
1.爱因斯坦的两个假设:(1)在不同的_____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_____的。2.时间间隔的相对性:(1)时间延缓效应:在相对运动的参考系中观测事件变化过程的时间间隔变___了。(2)时间变换公式:_____________。
3.长度的相对性:(1)长度收缩效应:一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度___。(2)长度变换公式:l=__________。
二、牛顿力学的成就与局限性【情境思考】　能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗?提示:不能
1.牛顿力学的成就:从地面上物体的运动到天体的运动,都服从_________的规律。2.牛顿力学的局限性:(1)微观世界:电子、质子、中子等微观粒子,发现它们不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。(2)牛顿力学只适用于_____运动,不适用于_____运动。
【易错辨析】(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l0,不管杆如何运动,杆的长度均小于l0。( )(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航天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。( )
知识点一　时间延缓效应　时间延缓效应:如果相当于地面以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,则Δt= 。由于1-( )2<1,所以总有Δt>Δτ,此种情况称为时间延缓效应。
【典例示范】【典例】如图所示,有三个完全相同的时钟,时钟A放在地面上,时钟B、C分别放在两个火箭上,两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行,vB【解析】选C。根据相对论的时空观,运动的时钟变慢,时钟C的速度最大,时钟C走得最慢,C正确,A、B、D错误。
【素养训练】1.某星际飞船正在遥远的外太空飞行,假如它的速度可以达到0.7c,在地球上观测到其经过8.76×104 h的时间到达某星球,则在飞船上的人看来,其到达此星球需要的时间是(　　)×104 h×104 ×104 h×104 h【解析】选B。Δτ=Δt =8.76×104× h≈6.26×104 h,故B正确。
2.带电π介子静止时的平均寿命是2.6×10-8 s,某加速器射出的带电π介子的速率是2.4×108 m/s。求:在实验室中测得这种粒子的平均寿命。【解析】由t= 得,π介子的平均寿命是t= ≈4.33×10-8 s。答案:4.33×10-8 s
知识点二　长度收缩效应长度收缩效应:如果与杆相对静止的人测得杆长是l0,沿着杆的方向,以v相对杆运动的人测得杆长是l,则l=l0 。由于1-( )2<1,所以总有l【典例示范】【典例】地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s 的速度掠过,则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少?如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少?
【解析】当火箭速度较低时,火箭上的人看到铁路的长度基本不变,还是100 km。当火箭的速度达到0.6c时,由相对论长度公式l=l0 代入相应的数据得:l=100× km=80 km。答案:100 km　80 km
【素养训练】1.若一列火车以接近光速的速度在高速行驶,火车上的人用望远镜来观察路旁地面上的一只排球,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)
【解析】选C。根据长度收缩效应可知,排球的水平方向的线度变短,在竖直方向线度不变,因此观察的结果是像一只竖直放置的橄榄球,故应选C。
2.(多选)A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过,且vA>vB,对于在飞机上的人观察结果,下列说法正确的是(　　)A.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大B.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小C.两飞机上的人观察到足球场的长度相同D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同
【解析】选B、D。因为当一个惯性系的速度比较大时,根据l=l0 知,沿飞行方向长度减小,而且速度越大,长度越小,故A、C错误,B正确;而垂直于运动方向上,宽度是不随速度而变化的,故D正确。
【拓展例题】考查内容:光速不变原理的理解【典例】科学家预言,在遥远的将来,离子推进发动机驱动的宇宙飞船很可能会用于宇宙航行,这种飞船能以接近光速飞行。设想在以0.9c飞行的飞船上打开一个光源,则下列说法正确的是(　　)A.飞船正前方的观察者看到的光速为1.9cB.飞船正后方的观察者看到的光速为0.1cC.在垂直飞船前进方向上的观察者看到的光速是 cD.在任何地方的观察者看到的光速都是c
【解析】选D。根据光速不变原理知,在任何惯性系中测得的真空中的光速都相同,都为c,故D正确。
局限：1.微观粒子的运动不能够用牛顿定律解决。2.只适用于低速运动物体，不适用于高速运动物体。
爱因斯坦两个假设：1.在不同惯性参考系中，物理规律都相同2.光速在不同的参考系中大小都一样
【科技情境】星际航行是行星际航行和恒星际航行的统称,行星际航行是指太阳系内的航行,恒星际航行是指太阳系外的恒星际空间的飞行。不载人行星际航行已经实现,而恒星际航行尚处于探索阶段。
探究:半人马星座α星是离太阳系最近的恒星,它距地球为4.3×1016 m,设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间,若宇宙飞船的速度为0.999c,按地球上的时钟计算,飞船往返一次需多长时间?如以飞船上的时钟计算,往返一次的时间又为多长?
【解析】以地球上的时钟计算:Δt= ≈2.87×108 s≈9年,若以飞船上的时钟计算,设时间为Δt′,由时间延缓效应有Δt= ,所以得Δt′=Δt =2.87×108× s≈1.28×107 s≈0.4年。答案: 9年　0.4年
【生活情境】在高速行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播,闪光到达车厢后壁时,一只小猫在车厢后端出生,闪光到达车厢前壁时,一只小鸡在车厢前端出生。探究:(1)在火车上的人看来,小鸡和小猫谁先出生?(2)在地面上的人看来,小鸡和小猫谁先出生?