高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性教学演示课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性教学演示课件ppt，共35页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，相对论时空观，牛顿力学，课堂·重难探究，小练·随堂巩固等内容，欢迎下载使用。
1．牛顿力学时空观河水相对岸的速度为v水岸，船相对水的速度为v船水，则船相对岸的速度为___________________．2．相对论时空观(1)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是________的．
v船岸＝v船水＋v水岸
(2)时间延缓效应：相对于地面以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，而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＝__________.(3)长度收缩效应：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＝____________.
参考系变化了，光速是否会变化？【答案】不变．
假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是(　　)A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高【答案】D【解析】根据长度的相对性，相对运动方向长度减小，垂直于运动方向上的长度不变，所以这个人瘦但不高，D正确．
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：牛顿力学适用于___________、__________的物体而不适用于__________、高速的物体．
牛顿力学的成就与局限性
相对论与量子力学否定了牛顿力学吗？【答案】没有．它们各自有适用范围．
(多选)下列说法正确的是(　　)A．研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B．研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式C．研究电子运动要用狭义相对论原理，研究铅球运动可用牛顿运动定律D．研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律
【答案】AC【解析】以牛顿运动定律为基础的经典物理学处理低速、宏观物体的运动是相当完美的，但对于高速的微观的运动就无能为力了．显然，铅球的运动可以用牛顿定律来解决，电子的运动则不能用牛顿定律来解决，而要用狭义相对论原理来解决．本题主要考查经典物理学的适用范围，A、C正确．
例1　一个时钟，在它与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如图所示．
由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c(c为真空中的光速)时，时钟的周期大约为________．在日常生活中，我们无法察觉时钟周期变化的现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度________．若在高速运行的飞船上有一只表，从地面上观察，飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变________(填“快”或“慢”)了．【答案】2.5 s　太小　慢
【解析】通过分析图像，当相对速度为0.6c时，时钟的频率为0.4 Hz，其周期为2.5 s．时钟变慢效应只有当相对速度比较大时，才有明显的相对论效应，人类生活在低速宏观世界中，很难观察到爱因斯坦的相对论效应．无法察觉时钟周期变化的现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度太慢．
变式1　(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一个相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两个钟的快慢，下列说法正确的有(　　)A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢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
【答案】AC【解析】由狭义相对论的“钟慢效应”原理可知，飞船上的人观测到地球上的钟比飞船上慢，地球上的人观测到飞船上的钟比地球上慢，故A、C正确，B、D错误．
(1)由于日常生活中相对速度比较小，和光速相比可以忽略不计，故观察不到明显的相对论效应．(2)时钟变慢效应中的相对速度的大小都是针对光速来说的．
1．经典力学只适用于处理物体的低速运动(v≪c)．2．经典力学不适用于微观领域中能量不连续的运动．3．经典力学规律只在惯性参考系中成立——经典力学规律只能用于宏观、低速(与光速相比)的情形，且只在惯性参考系中成立．
经典力学(牛顿力学)的适用范围
例2　(多选)20世纪，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．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，一般不适用于微观粒子．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．不同领域的事物各有其本质与规律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
【答案】BCD【解析】人们对客观世界的认识要受到所处的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来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．
变式2　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B．相对论与量子力学否定了经典力学理论C．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变D．经典力学理论具有一定的局限性【答案】D
【解析】经典力学理论适应于宏观物体，不适用微观粒子，故A错误；相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故B错误；在相对论中，物体的质量随运动状态而改变，在经典力学中，物体的质量与运动状态无关，故C错误；经典力学理论具有一定的局限性，对高速微观粒子不适用，故D正确．
1．牛顿定律的适用范围是(　　)A．宏观物体、低速运动B．微观物体、低速运动C．宏观物体、高速运动D．微观物体、高速运动【答案】A【解析】牛顿定律仅适用于宏观、低速物体的运动．这是牛顿定律的局限性．A正确．
2．下列说法正确的是(　　)A．由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的意义B．经典力学在今天广泛应用，它的正确性无可怀疑，仍可普遍适用C．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变D．狭义相对论认为，质量、长度、时间的测量结果都与物体运动状态有关【答案】D
【解析】相对论、量子论的提出，没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，故A、B错误；在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，故C错误；狭义相对论认为，质量、长度、时间的测量结果都与物体运动状态有关，故D正确．
3．(多选)关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法正确的是(　　)A．狭义相对论和经典力学是相互对立、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狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动适用牛顿运动定律C．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．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的
【答案】BC【解析】首先必须知道，经典力学解决低速宏观问题，高速问题应由狭义相对论解决，强引力场问题应由广义相对论解决，微观问题应由量子力学解决．相对论并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情况，故A、D错误，B、C正确．
4．对于下列运动，经典力学不适用的是(　　)A．粒子以接近光速的速度运动B．汽车在高速公路上快速行驶C．“嫦娥五号”探测器绕月球飞行D．战斗机从“辽宁号”航母上起飞【答案】A
5．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
【答案】C【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它是否运动无关，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，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．
6．静止长度为2 m的物体，以0.8c的速度沿长度方向相对某观测者匀速运动时，此观测者测量该物体的长度为________m.【答案】1.2