相对论时空观与牛顿力学的局限性【知识精讲+备课精研】高一物理 （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高一物理（人教版2019）必修第二册第七章

万有引力与宇宙航行思考与讨论：新课引入

设想人类可以利用飞船以0.2c的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？自然和自然的法则在黑暗中隐藏；上帝说，让牛顿去吧！于是一切都被照亮。魔鬼说，让爱因斯坦去吧！于是一切又回到黑暗中。物理学人物：牛顿爱因斯坦新课引入1.空间和时间都独立于物体及其运动而存在。2.时间和空间是两个独立的观念,彼此间没有联系。3.通俗地说就是时间、长度和质量这三者都与参考系的选取无关。绝对时空观：新课引入1.牛顿力学与电磁波理论遇到了怎样的矛盾和冲突一、相对论时空观新课讲授麦克斯韦

英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速。1.牛顿力学与电磁波理论遇到了怎样的矛盾和冲突一、相对论时空观新课讲授迈克耳孙

1887年迈克耳孙——莫雷实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的。1.牛顿力学与电磁波理论遇到了怎样的矛盾和冲突一、相对论时空观按照绝对时空观,光的传播速度与参考系的选取有关,而实验测得光的传播速度与参考系的选取无关,二者有矛盾.2.爱因斯坦的假设(1)在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的;(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。新课讲授一、相对论时空观新课讲授思考与讨论：

如果你接受了爱因斯坦的两个假设，假设一列火车沿平直轨道飞快的地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，那么在车上的人和在车下的人，看到闪光照到车厢前壁和后壁这两个时间是否都是同时发生的呢？一、相对论时空观新课讲授3.时间的延缓效应一、相对论时空观新课讲授

如果相当于地面以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，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

。由于1-(

)2<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。一、相对论时空观新课讲授思考与讨论：

如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间存在怎样的关系？一、相对论时空观新课讲授4.长度收缩效应一、相对论时空观（1）长度收缩效应:一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度变小。（2）长度变换公式:新课讲授1.牛顿力学的成就：

牛顿力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律的建立与应用更是确定了人们对牛顿力学的尊敬.在宏观物体做低速运动的广阔领域,牛顿力学与实际相符合,显示了牛顿运动定律的正确性和牛顿力学的魅力.二、牛顿力学的成就与局限性2.牛顿力学的局限性:(1)微观世界:电子、质子、中子等微观粒子,发现它们不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。(2)牛顿力学只适用于低速运动,不适用于高速运动。新课讲授3.相对论和量子力学与牛顿力学的关系：

当物体的运动速度远小于光速c时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别;当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时,量子力学和牛顿力学的结论没有区别.相对论和量子力学都没有否定牛顿力学,只是认为牛顿力学是在一定条件下的特殊情形.二、牛顿力学的成就与局限性新课讲授1．美国科学家于2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”。相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是（）A．牛顿力学完全适用于物体的运动B．牛顿力学取得了巨大成就，在宏观物体低速运动中是普遍适用的C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论D．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值B课堂练习【答案】B【详解】AB．牛顿力学适用于低速运动、宏观物体，A错误，B正确；C．在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，C错误；D．虽然相对论、量子论的提出，但经典力学仍是有一定的价值。对于低速、宏观的物体经典力学仍然适用，D错误。故选B。课堂练习2．有两个惯性参考系1和2，相向做匀速直线运动，下列叙述正确的是（）A．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变慢了B．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变快了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变快了C．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程都变快了D．在参考系1看来，2中的所有物理过程都变慢了；在参考系2看来，1中的所有物理过程也变慢了D课堂练习【答案】D【详解】时间延缓效应与相对运动的方向无关，静止参考系的时间是固有时间，v为相对运动速度，Δt为观察的参考系中经历的时间，Δτ为被观察的参考系中所经历的时间，也即固有时间。根据时间延缓效应公式可知，在相对某参考系运动的参考系看来，原参考系中的时间变长了，运动就变慢了。课堂练习3．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（）A．同时被照亮 B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．无法判断C课堂练习【答案】C【详解】列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮。故选C。课堂练习4．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）时，牛顿力学理论所得的结果与实验结果相符合ABC课堂练习【答案】ABC【详解】A．牛顿力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技