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

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，共5页。学案主要包含了学习目标，学习重难点，预习新知，重难探究，巩固训练等内容，欢迎下载使用。

（一）学习目标
1.[物理观念]知道经典力学的概念及发展历程。
2.[物理观念]知道经典力学的适用范围和局限性。
3.[科学思维](1)知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设。(2)知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。会分析时间延缓效应和长度收缩效应问题。
4.[科学态度与责任]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地探索中被揭开更多的谜底。
【学习重难点】
（一）学习重难点
1、狭义相对论的两个基本假设（重点）
2、了解时间延缓效应和长度收缩效应（重点）
3、经典力学与相对论力学、量子力学的理解（难点）
【预习新知】
（一）相对论时空观
相对论时空观
1、在不同的参考系中，光的传播速度都是________。
2、相对论的两个基本假设：在不同的_______________中，物理规律的形式都是相同的；真空中的____________在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
3、时间延缓效应：如果相对于地面以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△τ，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△t,那么两者之间的关系是:
由于，所以总有，此种情况称为________________。
4、长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是：
由于，所以总有，此种情况称为_________________
（一）牛顿力学的成就与局限性
牛顿力学的成就与局限性
1.电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明，而⑱ 能够正确地描述微观粒子的运动规律。
2.牛顿力学只适用于⑲ 运动，不适用于⑳ 运动；只适用于㉑ 世界，不适用于㉒ 世界。
3.当物体的运动速度远小于光速c（3×108 m/s）时，相对论物理学与牛顿力学的结论㉓ 。当另一个重要常数即“普朗克常量”（6.63×10-34 J•s）可以忽略不计时，量子力学和牛顿力学的结论㉔ 。
【重难探究】
（一）重难探究
【探究一】绝对时空观
1.惯性系与非惯性系
（1）惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系；相对于惯性系做匀速直线运动的参考系也是惯性系。
（2）非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系；相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系。
（3）对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的。
2.绝对时空观
（1）时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。
（2）时间和空间跟任何外界物质的存在及其运动情况无关，是绝对不变的，且彼此独立。
3.绝对时空观的举例说明
（1）同时的绝对性。就是说，在两个不同地点发生的两个事件，只要对一个惯性参考系来说是同时的，那无论对什么惯性参考系来说都是同时的，例如，有一辆做匀速直线运动的火车，车厢内观察者看到两个事件是同时发生的，那站在站台上的观察者也必定看到两个事件是同时发生的，反过来说也如此。在这点上，经典时空观与人们的日常生活经验似乎是一致的。
（2）时间间隔的绝对性。例如一个人看到自己的手表走过一分钟，往往以为世界上所的钟和表也都同样地走过一分钟，而不管是在哪一种运动状态的钟。这就是时间间隔的绝对性。
（3）空间距离的绝对性。例如一把直尺的长度，如果从某一个参考系测量它是一尺。那么，我们的日常经验会以为从任何参考系来测量它，它仍旧是一尺，而与参考系的运动状态无关。
【探究二】
1.爱因斯坦的两个假设
（1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。
（2）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相同的。
2.时间延缓效应
（1）时间延缓效应：运动时钟会变慢，即
（2）运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了。时钟飞驰得越快，钟的时间走得越慢。
3.长度收缩效应
（1）长度收缩效应：运动长度l会收缩，即
（2）运动的尺子缩短，即物体运动起来以后，运动的物体沿运动方向收缩，长度变短。尺缩和钟慢一样，是对称的。表示空间的大小并不是绝对的，而是相对的。
4.相对论时空观
（1）空间和时间与物体的运动状态有关。
（2）同时是相对的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中不一定是同时的。
【巩固训练】
（一）巩固训练
1.下列运动，经典的牛顿力学不再适用的是( )
A.东湖绿道上骑行观光的游客B.电子绕原子核高速运动
C.人造地球卫星绕地球运转D.平直公路上行走的路人
2.关于经典的牛顿力学，下列说法正确的是( )
A.早晨绕操场跑步的同学，经典的牛顿力学已不再适用
B.在东湖绿道骑行的游客，经典的牛顿力学已不再适用
C.绕氢原子核高速运动的电子，经典的牛顿力学已不再适用
D.遥感三十四号02星送入预定轨道后，经典的牛顿力学已不再适用
3.经典力学有一定的局限性。当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是( )
A.B.C.D.
参考答案
1.答案：B
解析：经典的牛顿力学适用于宏观、低速的运动，B符合题意。
2.答案：C
解析：经典力学适用于宏观、低速运动的物体，经典力学对绕氢原子核高速运动的电子已不再适用，C正确。
3.答案：D
解析：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，对微观、高速（接近光速）运动的物体不再适用，故ABC错误，D正确。
故选D。