物理必修 第二册4 宇宙航行教学ppt课件

这是一份物理必修 第二册4 宇宙航行教学ppt课件，共55页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，运动状态，牛顿力学，高速运动，课内互动探究，探究，相对论时空观的理解，探究，ABC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．知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的。2．初步了解相对论时空观。3．关注宇宙起源和演化的研究进展。
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。
『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。( )
『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。
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。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)在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关。( )(2)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。( )(3)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。( )(4)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』(2023·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
要点提炼牛顿力学时空观与相对论时空观比较
典例剖析 (多选)用相对论的观点判断下列说法正确的是( )A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度都不会改变B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但飞船中的宇航员却认为时钟是准确的C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度垂直地面向上运动的飞船在运动方向上会变短，而飞船中的宇航员却感觉地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v远小于c时，长度收缩效应和时间延缓效应都可以忽略不计
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．0.4cB．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。
牛顿力学的成就与局限性
要点提炼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。
典例剖析关于牛顿力学、相对论和量子力学，下列说法正确的是( )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相对论理论，在低速运动时，物体的运动适用牛顿运动定律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：牛顿力学解决低速、宏观问题，高速运动和强引力作用问题应由相对论解决，微观问题应由量子力学解决。相对论并没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论理论在一定条件下的特殊情况，故选项A、C、D错误，B正确。
(多选)关于牛顿力学理论，下列说法正确的是( )A．牛顿力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础B．牛顿力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的C．牛顿力学具有丰富的理论成果，也建立了验证科学的方法体系D．当物体运动速度很大(v→c)、引力很强、活动空间很小(微观)时，牛顿力学理论所得的结果与实验结果之间符合得很好
解析：牛顿力学理论的建立历程曲折，成果显著，是物理学、天文学及现代工程技术的理论基础，但也存在一些局限性，当物体运动速度很大(v→c)、引力很强、活动空间很小(微观)时，牛顿力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差，选项A、B、C正确，选项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。
一、相对论时空观1．(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，下列说法正确的是( )A．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢B．飞船上的人观测到飞船上的钟较快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：飞船上的人以飞船为参考系，故地球是高速运动的，根据时间延缓效应，飞船上的人观测到地球上的铯原子钟较慢，即飞船上的人观测到飞船上的铯原子钟较快，故A错误，B正确；地球上的人以地球为参考系，飞船是高速运动的，同样根据时间延缓效应，观测到飞船上的钟较慢，故地球上的人观测到地球上的钟较快，故C正确，D错误。
2．(2023·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．(2023·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。
二、牛顿力学的成就与局限性4．下列物体的运动，不能用经典力学描述的是( )A．“复兴”号列车高速行驶B．电子以接近光的速度运动C．“神舟十号”飞船在轨道上运行D．“辽宁”号航空母舰在大海上航行解析：经典力学适用于低速、宏观的物体，不适用于高速、微观的物体，故电子以接近光的速度运动时不能用经典力学描述，列车的行驶、飞船的运行以及航空母舰在大海中行驶都能用经典力学描述，故不能用经典力学描述的只有B，B正确，A、C、D错误。
5．关于牛顿力学的局限性，下列说法正确的是( )A．牛顿力学适用于宏观低速运动的物体B．由于牛顿力学有局限性，所以一般力学问题都用相对论来解决C．火车提速后，有关速度问题不能用牛顿力学来处理D．牛顿力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体解析：牛顿力学适用于宏观低速物体，它不仅仅适用于像地球和太阳这样大的宏观物体，还适用于体积较小一些的宏观物体，故A正确，D错误；虽然牛顿力学有局限性，但它适用于一般的宏观低速物体，对于常见力学问题仍可以用牛顿力学求解，B错误；火车提速后，仍处于宏观低速状态，相对论中“高速”指速度接近光速，C错误。
6．(多选)来自中国的全国首颗量子科学实验卫星“墨子号”从太空发出两道红色的光，射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站，首次实现人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发。下列说法正确的是( )A．牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律B．牛顿力学适用于描述光子的运动规律C．量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红色的光”的运动规律D．量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值