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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学案设计
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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学案设计，共5页。学案主要包含了绝对论时空观，相对论时空观，牛顿力学的成就与局限性等内容，欢迎下载使用。
学习目标
1.感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾,知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。
2.知道爱因斯坦相对论的基本假设,知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。
3.了解宇宙起源的大爆炸理论,知道科学真理是相对的,未知世界必将在人类不懈的探索中被解开更多的谜底。
自主预习
1.爱因斯坦假设
在不同的 参考系中,物理规律的形式都是 的。真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是 。
2.时间和空间的相对性
(1)时间延缓效应
如果相对于地面以速度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,那么两者之间的关系是Δt= ,总有Δt Δτ,所以这种情况,称为时间延缓效应。
(2)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相对杆运动的人测量杆长l,那么两者之间的关系l= ,总有l l0,这种情况称为长度收缩效应。
3.经典力学有它的适用范围:只适用于 运动,不适用于 运动;只适用于 世界,不适用于 世界。
4.1915年,爱因斯坦创立了 ,这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下,牛顿引力理论 。当物体的运动速度远小于光速c(3×108 m/s)时,相对论物理学与经典物理学的结论 。当另一个重要常数即“普朗克常数”(6.63×10-34 J·s)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论 ,相对论与量子力学都没有否定经典力学,而是认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形。
课堂探究
一、绝对论时空观
【情景设问】绝对时空观与光速不变实验之间的矛盾
问题1.下图为高速列车行驶时车厢内显示的列车速度,列车上的乘客观察到车厢内的时间、长度与地面上的观察者看到的相同吗?时间和空间都不会因为物体的运动而改变的观念叫什么?
问题2.假如测得的光速是1.2c,这与之前我们知道的光速c是自然界最快的速度矛盾吗?
问题3.电磁波(光)传播的速度是c。有没有指明这个速度是相对哪个参考系的?如果没有指明,说明了什么?有实验证据吗?
问题4.迈克耳孙—莫雷实验的直接结果是什么?这一结果与我们熟悉的速度合成相同吗?
问题5.在力学理论与实验结果有矛盾时,不同的物理学家处理的方法有何差异?
问题6.为了解决上述矛盾,爱因斯坦做了什么?两个假设的内容是什么?
二、相对论时空观
【情景设问】阅读教材,思考:
1.在经典力学和狭义相对论中,位移和时间的测量在不同参考系中有何区别?
2.从物体运动速度的方面看,经典力学的适用范围是什么?
三、牛顿力学的成就与局限性
【情景设问】阅读教材,思考:
1.主要有哪些物理学家对牛顿力学作出了突出的贡献?
2.经典力学的成就有哪些?
3.经典力学有哪些局限性?
4.归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异?
5.当相对论和量子力学出现后,牛顿力学是否还有价值?它的适用条件是什么?
[例题展示]
【例题】若在速度为8 km/s的飞船上有一只完好的手表走过了1 min,则地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间?
[课堂练习]
1.19世纪末和20世纪初,物理学的研究深入到 ,发现 、 、 等微观粒子不仅有 ,而且有 ,它们的运动规律不能用经典力学来说明。
2.对于经典力学理论,下列说法中正确的是( )
A.经典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.经典力学的理论体系是经过几代科学家长期地探索,历经曲折才建立起来的
C.经典力学具有丰富的理论成果,也建立了实证科学的方法体系
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,经典力学理论所得的结果与实际结果之间偏差不大
3.以下说法正确的是( )
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.在经典力学中,物体的质量随物体运动速度增大而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大
C.在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度增大而增大
D.上述说法都是错误的
4.关于经典力学和量子力学,下列说法中正确的是( )
A.不论是对宏观物体,还是微观粒子,经典力学和量子力学都是适用的
B.量子力学适用于宏观物体的运动,经典力学适用于微观粒子的运动
C.经典力学适用于宏观物体的运动,量子力学适用于微观粒子的运动
D.上述说法都是错误的
5.以下说法正确的是( )
A.经典力学理论普遍适用,大到天体,小到微观粒子均适用
B.经典力学理论的成立具有一定的局限性
C.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变
D.相对论与量子力学否定了经典力学理论
参考答案
自主预习
1.惯性 相同 相同
2.(1) > (2)l0 <
3.低速 高速 宏观 微观
4.相对论 不适用了 没有区别 没有区别
课堂探究
一、绝对论时空观
【情景设问】
问题1 相同 绝对时空观
问题2 矛盾
问题3 没有 不同的参考系中,光的传播速度都是一样的
问题4 不同的参考系中,光的传播速度都是一样的 不同
问题5 一些物理学家仍然坚持原有理论的基础观念,进行一些修补工作。而爱因斯坦、庞加莱等人则主张彻底放弃某些与实验和观测不符的观念。
问题6 爱因斯坦假设:在不同的参考系中,物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系大小都是相同的。
二、相对论时空观
1.经典力学中参考系不同,位移和时间的测量结果不同。
2.宏观、低速运动的物体
三、牛顿力学的成就与局限性
1.哥白尼,伽利略,笛卡尔,惠更斯,开普勒等。
2.(1)牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来,是人类对自然界认识的第一次大综合,是人类认识史上的一次重大飞跃。
(2)经典力学的基础,在以后的二百多年里几乎统治了物理学的各个领域。
(3)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学得到了广泛的应用,并取得了巨大的成就。
(4)18世纪60年代,力学和热力学的发展及其与生产的结合,使机器和蒸汽机得到改进和推广,引发了第一次工业革命。
(5)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等,是航空航天技术的理论基础。火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射,都是牛顿力学规律的应用范例。
3.微观世界里电子、质子、中子等具有的粒子性、波动性不能用经典力学来说明。
4.规律的适用范围不同。
5.相对论和量子力学的出现,说明人类对自然界的认识更加广泛和深入,而不表示经典力学失去了意义,它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围:只适用于低速运动,不适用于高速运动,只适用于宏观世界,不适用于微观世界。
【例题】
例题解答:根据t==(1+1.33×10-10)min。
例题分析:通过这个题目可以看到,即使对于人造卫星的运动这样快的速度,相对论效应也是微不足道的。
课堂练习
1.微观世界 电子 质子 中子 粒子性 波动性
2.ABC
3.C
4.C
5.BC
学习目标
1.感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾,知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。知道相对论、量子论有助于人类认识高速、微观领域。
2.知道爱因斯坦相对论的基本假设,知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。
3.了解宇宙起源的大爆炸理论,知道科学真理是相对的,未知世界必将在人类不懈的探索中被解开更多的谜底。
自主预习
1.爱因斯坦假设
在不同的 参考系中,物理规律的形式都是 的。真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是 。
2.时间和空间的相对性
(1)时间延缓效应
如果相对于地面以速度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,那么两者之间的关系是Δt= ,总有Δt Δτ,所以这种情况,称为时间延缓效应。
(2)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相对杆运动的人测量杆长l,那么两者之间的关系l= ,总有l l0,这种情况称为长度收缩效应。
3.经典力学有它的适用范围:只适用于 运动,不适用于 运动;只适用于 世界,不适用于 世界。
4.1915年,爱因斯坦创立了 ,这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下,牛顿引力理论 。当物体的运动速度远小于光速c(3×108 m/s)时,相对论物理学与经典物理学的结论 。当另一个重要常数即“普朗克常数”(6.63×10-34 J·s)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论 ,相对论与量子力学都没有否定经典力学,而是认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形。
课堂探究
一、绝对论时空观
【情景设问】绝对时空观与光速不变实验之间的矛盾
问题1.下图为高速列车行驶时车厢内显示的列车速度,列车上的乘客观察到车厢内的时间、长度与地面上的观察者看到的相同吗?时间和空间都不会因为物体的运动而改变的观念叫什么?
问题2.假如测得的光速是1.2c,这与之前我们知道的光速c是自然界最快的速度矛盾吗?
问题3.电磁波(光)传播的速度是c。有没有指明这个速度是相对哪个参考系的?如果没有指明,说明了什么?有实验证据吗?
问题4.迈克耳孙—莫雷实验的直接结果是什么?这一结果与我们熟悉的速度合成相同吗?
问题5.在力学理论与实验结果有矛盾时,不同的物理学家处理的方法有何差异?
问题6.为了解决上述矛盾,爱因斯坦做了什么?两个假设的内容是什么?
二、相对论时空观
【情景设问】阅读教材,思考:
1.在经典力学和狭义相对论中,位移和时间的测量在不同参考系中有何区别?
2.从物体运动速度的方面看,经典力学的适用范围是什么?
三、牛顿力学的成就与局限性
【情景设问】阅读教材,思考:
1.主要有哪些物理学家对牛顿力学作出了突出的贡献?
2.经典力学的成就有哪些?
3.经典力学有哪些局限性?
4.归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异?
5.当相对论和量子力学出现后,牛顿力学是否还有价值?它的适用条件是什么?
[例题展示]
【例题】若在速度为8 km/s的飞船上有一只完好的手表走过了1 min,则地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间?
[课堂练习]
1.19世纪末和20世纪初,物理学的研究深入到 ,发现 、 、 等微观粒子不仅有 ,而且有 ,它们的运动规律不能用经典力学来说明。
2.对于经典力学理论,下列说法中正确的是( )
A.经典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.经典力学的理论体系是经过几代科学家长期地探索,历经曲折才建立起来的
C.经典力学具有丰富的理论成果,也建立了实证科学的方法体系
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,经典力学理论所得的结果与实际结果之间偏差不大
3.以下说法正确的是( )
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.在经典力学中,物体的质量随物体运动速度增大而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大
C.在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度增大而增大
D.上述说法都是错误的
4.关于经典力学和量子力学,下列说法中正确的是( )
A.不论是对宏观物体,还是微观粒子,经典力学和量子力学都是适用的
B.量子力学适用于宏观物体的运动,经典力学适用于微观粒子的运动
C.经典力学适用于宏观物体的运动,量子力学适用于微观粒子的运动
D.上述说法都是错误的
5.以下说法正确的是( )
A.经典力学理论普遍适用,大到天体,小到微观粒子均适用
B.经典力学理论的成立具有一定的局限性
C.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变
D.相对论与量子力学否定了经典力学理论
参考答案
自主预习
1.惯性 相同 相同
2.(1) > (2)l0 <
3.低速 高速 宏观 微观
4.相对论 不适用了 没有区别 没有区别
课堂探究
一、绝对论时空观
【情景设问】
问题1 相同 绝对时空观
问题2 矛盾
问题3 没有 不同的参考系中,光的传播速度都是一样的
问题4 不同的参考系中,光的传播速度都是一样的 不同
问题5 一些物理学家仍然坚持原有理论的基础观念,进行一些修补工作。而爱因斯坦、庞加莱等人则主张彻底放弃某些与实验和观测不符的观念。
问题6 爱因斯坦假设:在不同的参考系中,物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系大小都是相同的。
二、相对论时空观
1.经典力学中参考系不同,位移和时间的测量结果不同。
2.宏观、低速运动的物体
三、牛顿力学的成就与局限性
1.哥白尼,伽利略,笛卡尔,惠更斯,开普勒等。
2.(1)牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来,是人类对自然界认识的第一次大综合,是人类认识史上的一次重大飞跃。
(2)经典力学的基础,在以后的二百多年里几乎统治了物理学的各个领域。
(3)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学得到了广泛的应用,并取得了巨大的成就。
(4)18世纪60年代,力学和热力学的发展及其与生产的结合,使机器和蒸汽机得到改进和推广,引发了第一次工业革命。
(5)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等,是航空航天技术的理论基础。火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射,都是牛顿力学规律的应用范例。
3.微观世界里电子、质子、中子等具有的粒子性、波动性不能用经典力学来说明。
4.规律的适用范围不同。
5.相对论和量子力学的出现,说明人类对自然界的认识更加广泛和深入,而不表示经典力学失去了意义,它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围:只适用于低速运动,不适用于高速运动,只适用于宏观世界,不适用于微观世界。
【例题】
例题解答:根据t==(1+1.33×10-10)min。
例题分析:通过这个题目可以看到,即使对于人造卫星的运动这样快的速度,相对论效应也是微不足道的。
课堂练习
1.微观世界 电子 质子 中子 粒子性 波动性
2.ABC
3.C
4.C
5.BC
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