高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行多媒体教学课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行多媒体教学课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，知识点1，相对论时空观，运动状态，知识点2，牛顿力学，高速运动，课内互动探究，相对论时空观的理解等内容，欢迎下载使用。
5．相对论时空观与牛顿力学局限性
1．绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其_______而存在的，也叫牛顿力学时空观。2．爱因斯坦的两个假设：(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是_______的；(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是_______的。
3．时间延缓效应：Δt＝________。4．长度收缩效应：l＝__________。5．相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的___________有关。
1．牛顿力学的成就：从地面上物体的运动到_______的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从___________的规律。2．牛顿力学的局限性：牛顿力学对于___________的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。
牛顿力学的成就与局限性
3．量子力学的建立能够很好地描述_______运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。4．相对论与量子力学都没有_______过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的_______情形。
『判一判』(1)运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的μ子的寿命变长。(　　)(2)沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短。(　　)(3)在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关。(　　)(4)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动，经典力学就无能为力了。(　　)
(5)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用。(　　)(6)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的。(　　)
『选一选』(2021·全国高一单元测试)下列说法中不正确的是(　　)A．牛顿运动定律适用于宏观、低速、弱作用力领域B．经典力学适用于微观、高速、强引力场等物体的运动C．一旦测出了引力常量，就可以算出地球的质量D．17世纪，牛顿把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功的解释了天体运动的规律
『想一想』世界上各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法对吗？ 答案：对。
如图所示，静止在地球上的人测得地月之间的距离为l0，坐在从地球高速飞往月球的飞船里的宇航员测得地月之间的距离仍为l0吗？提示：不是，宇航员测得的地月之间的距离小于l0。
牛顿力学时空观与相对论时空观比较
如图所示，假设一根10 cm长的梭镖以接近光速穿过一根10 cm长静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是(　　)A．静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖B．静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来C．静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖D．如果梭镖和管子都以光速c相向运动，则二者的相对速度是2c
解析：根据狭义相对论的尺缩效应，如果梭镖相对于观察者运动，那么梭镖收缩变短，而管子长度不变，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，选项A正确，B、C错误；由光速不变原理，可知物体的速度不会超过光速，故D错误。
1．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(　　)A．0.4c　　B．0.5c　　C．0.9c　　D．1.0c解析：根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到真空中的光速c都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为1.0c，选项D正确。
粒子对撞机可以把质子加速到接近于光速，如图所示。经典力学是否适用于质子的运动规律？如何研究质子的运动规律？提示：不适用。经典力学只适用于宏观低速运动，描述微观高速粒子的运动要用到量子力学。
1．牛顿力学的成就牛顿力学的基础是牛顿运动定律，在低速、宏观、弱引力的广阔领域，牛顿力学取得了巨大的成就。牛顿力学又称为经典力学。
2．牛顿力学的局限性20世纪20年代，建立了量子力学，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用；爱因斯坦的广义相对论表明，在强引力的作用下，牛顿的引力理论将不再适用；相对论和量子力学都没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论在低速情况下的近似。
关于经典力学的适用范围和局限性，下列说法正确的是(　　)A．经典力学过时了，应该被量子力学所取代B．由于超音速飞机的速度太大，其运动不能用经典力学来解释C．人造卫星的运动不适合用经典力学来描述D．当物体速度接近光速时，其运动规律不适合用经典力学来描述
解析：经典力学在低速宏观物理过程中适用，量子力学不可替代经典力学，A错误；超音速飞机的速度远低于光速，其运动能用经典力学来解释，B错误；人造卫星的运动速度远低于光速，适合用经典力学来描述，C错误；当物体速度接近光速时，其运动规律不适合用经典力学来描述，D正确。
正确理解“高速”“微观”(1)所谓“高速”指的是相对于光速(3×108 m/s)来说，对于一般的物体来说很难达到这个速度，音速和光速相比还属于低速。(2)所谓“微观”指的是微观粒子(分子级别)的领域，我们通常所说的小颗粒等依然属于宏观领域。
2．(2021·江苏淮安市高一月考)关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是(　　)A．相对论和牛顿力学是相互对立、互不相容的两种理论B．在物体高速运动时，物体的运动规律适用于相对论，在低速运动时，物体的运动规律适用于牛顿运动定律C．牛顿力学适用于宏观物体的运动，也适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，牛顿力学和量子力学都是适用的
解析：经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律，故B正确；牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速适用于狭义相对论，故C、D错误。
易错点：不能灵活运用相对论时空观与相对论有关的问题，下列说法正确的是(　　)A．火箭内有一时钟，当火箭高速运动后，此火箭内观察者发现时钟变慢了B．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l0C．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，则与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了D．相对论只适用于高速运动(速度接近真空中的光速的运动)，不适用于低速运动
易错分析：不理解牛顿力学与相对论之间的区别与联系而错选D，对相对论的内容理解不透彻而错选A、B。正确解答：当火箭高速运动后，火箭内观察者相对于时钟的速度为0，所以发现时钟走时速度不变，A错误；一根杆的长度静止时为l0，当杆运动方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，B错误；根据相对论时空观，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都认为对方的杆缩短了，C正确；相对论和牛顿力学在低速运动中的结论没有区别，D错误。
1．(多选)(2022·陕西宝鸡市陈仓区高一期末)“如果说我比别人(笛卡尔)看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上。”这是人们熟知的牛顿的名言，常理解为这是牛顿的谦逊，也有人说这是牛顿对身材矮小、相貌丑陋的胡克的讽刺。但牛顿在前人或同时代其他科学家研究成果的基础上建立牛顿运动定律，发现万有引力定律却是不争的事实。牛顿运动定律虽然撑起了经典物理大厦，大大推进了人类文明进程，但它也不是万能的。对牛顿定律不适用的现象，有以爱因斯坦相对论为基础建立的相对论，有以普朗克、爱因斯坦的量子理论为基础建立的量子理论，在物理世界里也是“江山代有才人出，各领风骚数百年。”(清·赵翼)关于牛顿运动定律的适用范围，下列说法正确的是(　　)
A．适用于一切参考系中的力学现象B．适用于宏观物体的低速运动C．不适用于微观粒子的运动D．适用于宏观物体速度接近光速的运动现象答案：BC解析：牛顿运动定律适用于惯性参考系中的力学现象。故A错误；牛顿运动定律适用于宏观物体的低速运动。故B正确；D错误；牛顿运动定律不适用于微观粒子的运动。故C正确。
2．(2022·福建福州高一月考)下列说法中不正确的是(　　)A．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B．由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小C．杆静止时的长度为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0D．如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了
解析：经典物理学家认为，空间是绝对的，杆的长度与观察者相对其是否运动无关，故A说法正确，不符合题意；狭义相对论认为，沿杆子方向运动的杆子的长度比它静止时的长度短，故B说法正确，不符合题意；当杆运动的方向与杆垂直时，杆的长度不发生变化，故C说法错误，符合题意；根据相对论时空观的观点，两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方的杆缩短了，故D说法正确，不符合题意。
3．(2022·辽宁本溪县高一月考)如下图所示，惯性系S中有一边长为L的立方体，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察该立方体的形状是(　　)解析：根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，沿y轴方向和z轴方向正方形边长不变。故选D。
4．大家在参加考试时总是感觉时间飞逝，考试时间不够用，某同学现在正在完成90分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对该同学以0.3c的速度匀速飞过(c为真空中的光速)，则飞船上的观察者根据相对论认为该同学考完本场考试所需要的时间(　　)A．大于90分钟　　B．等于90分钟C．小于90分钟　　D．不能确定
5．(2021·江苏无锡高一月考)如图所示，李明和张华在小区电梯内看到一则小广告：“铁笼飞车燃情登场，挣脱地心引力，给你一场极限视觉享受”。关于广告内容，二人发生了争执，以下是二人的说法，你认为正确的是(　　)A．飞车不可能挣脱地心引力，除非飞车速度达到7.9 km/sB．飞车不可能挣脱地心引力，除非飞车速度能够超过11.2 km/sC．若飞车速度足够大，最终可以成为一颗绕地球运动且速度大于7.9 km/s的卫星D．由牛顿运动定律可知，只要飞车一直加速，速度最终就可以超过光速