全优课堂·物理·必修第二册(粤教版)·课件 第5章　第1、2、3节 牛顿力学的成就与局限性、相对论时空观、宇宙起源和演化

第五章牛顿力学的局限性与相对论初步第一节牛顿力学的成就与局限性第二节相对论时空观第三节宇宙起源和演化

1.知道牛顿力学的成就和局限性，了解物理学发展的历史.2.知道光速不变原理，了解相对论的时间延缓效应和长度收缩效应.3.了解宇宙模型和宇宙的演化过程.4.知道黑洞及宇宙大爆炸理论．课前·

自主预习1．牛顿力学的成就(1)实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合．(2)确定了自然科学理论应有的基本特征．(3)将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支，形成了完整的经典力学体系．牛顿力学的成就与局限性2．牛顿力学的局限性和适用范围(1)牛顿力学只适用于________运动，不适用于高速运动．(2)只适用于________世界，不适用于微观世界．(3)只适用于________情况，不适用于强引力情况．低速宏观弱引力1．绝对时空观(1)________的绝对性．(2)________间隔的绝对性．(3)________距离的绝对性．(4)________、________和________这三者都与参考系的运动无关．2．相对论时空观(1)相对性原理：在所有的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.相对论时空观同时时间空间时间空间质量(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________的．(3)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Δt，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′＝_________.(4)长度收缩效应：与杆相对静止的人测得杆长为l，沿着杆的方向以v相对杆运动的人测得杆长为l′，则l′＝____________．相同1．两种近现代宇宙模型(1)静态宇宙模型——由弯曲空间构成，没有边界、没有中心，但在整体上是有限的、静态的宇宙．(2)动态宇宙模型——宇宙中的物质从宏观大尺度来说分布是均匀的，从各方向看都是一样的，并且随着时间的变化，宇宙在不断______．2．宇宙膨胀模型的两种对立的理论：稳恒态宇宙模型和_______________.宇宙起源和演化膨胀大爆炸理论3．1929年，美国天文学家______通过观测发现遥远的星系在彼此远离，这为动态宇宙模型观点提供了有力的证据．4．1964年，美国无线电工程师彭齐亚斯和威尔逊发现了__________________，对大爆炸理论提供了有力的证据．5．2016年，激光干涉引力波天文台科学合作组织(LIGO)宣布探测到________，打开了宇宙研究的新窗口，同时也再次印证了爱因斯坦的____________．6．一般认为，我们所居住的太阳系大约形成于______年前．哈勃宇宙微波背景辐射引力波广义相对论46亿课堂·

重难探究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1

(多选)(2023年茂名阶段检测)如图甲所示，质子束被加速到接近光速；如图乙所示，中子星是质量、密度非常大的星体．下列说法正确的是

(

)A．牛顿力学适用于质子束的运动规律B．牛顿力学不适用于质子束的运动规律C．牛顿力学适用于中子星的引力规律D．牛顿力学不适用于中子星的引力规律【答案】BD【解析】牛顿力学适用于宏观、低速物体的运动规律，不适用于质子束的运动规律，也不适用于中子星的引力规律．故B、D正确．变式1

(2023年广州番禺区期末)下列运动，不能用牛顿力学规律描述的是

(

)A．“天问一号”绕火星运动

B．粒子接近光速运动C．人随电梯上升

D．高铁从广州驶向杭州【答案】B【解析】“天问一号”绕火星运动、人随电梯上升、高铁从广州驶向杭州都属于宏观、低速运动，故经典力学均能适用，而粒子接近光速运动属于微观高速运动，经典力学不适用，故A、C、D错误，B正确．例2

如图所示，一同学在教室上课，教室的长度为9m，教室中间位置有一光源．有一飞行器从前向后高速通过教室外侧，已知光速为c、飞行器中的飞行员认为

(

)A．教室中的时钟变快B．教室的长度大于9mC．从光源发出的光先到达教室后壁D．光源发出的光，向后的速度小于c相对论时空观【答案】C【解析】根据爱因斯坦的相对论，可知飞行器中的飞行员认为看到教室中的时钟变慢，教室的长度变短，即长度小于9m，A、B错误；教室中的人认为，光向前向后传播的速度相等，光源在教室中央，光同时到达前后两壁．飞行器中的飞行员是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向后壁传播的路程短些，到达后壁的时刻早些，C正确．根据光速不变原理，不论光源与观察者之间做怎样的相对运动，光速都是一样的，D错误．变式2

(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．例3关于宇宙和恒星的演化，下列说法正确的是 (

)A．宇宙已经停止演化B．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定C．恒星最终都会演化为黑洞D．恒星最终演化为中子星宇宙的起源与演化【答案】B【解析】目前宇宙的演化仍在进行，A错误．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定，B正确．质量不同恒星最终演化为白矮星或中子星或黑洞，C、D错误．【答案】29.3m小练·

随堂巩固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．故A正确．2．关于宇宙起源，根据大多数宇宙科学家的认定，你认为下列说法正确的是

(

)①宇宙诞生于距今约137亿年的一次大爆炸②大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间③大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降④宇宙温度下降至一定程度，逐步形成超星系团、星系团、星系及恒星、行星等．A．①②③

B．①③④C．②④

D．①②③④【答案】D【解析】关于宇宙的起源，人类现在认同“大爆炸”理论；该理论认为，宇宙在最开始时是炽热的“原始火球”，距今约137亿年前，原始火球发生了大爆炸；大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间和空间；宇宙空间在膨胀中，温度相应下降，最终当温度达到一定程度时，形成了现在的超星系团、星系团、星系及恒星、行星等，故以上说法均正确．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，物体的运动适用经典力学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．关于物理学相关知识，下列叙述正确的是 (

)A．“牛顿”是国际单位制中的基本单位B．小船渡河时因水流速度忽然增大而缩短了渡河的时间C．狭义相对论以两个基本假设为前提：相对性原理和光速不变原理D．通过万有引力定律计算可知，只要适当调整高度，广州上空也可能存在同步卫星【答案】C【解析】牛顿是导出单位，A错误；将小船渡河的运动分解为沿河岸的运动和垂直河岸的运动，根据运动的独立性和等时性可知水流速度忽然增大不影响垂直河岸的运动，则渡河的时间不变，B错误；爱因斯坦的狭义相对论以两个基本假设为前提：相对性原理和光速不变原理，C正确；地球同步卫星的周期为24h，则高度一定为36000km，转动方向为自西向东，则其定点在赤道上方，故广州上空不可能存在同步卫星，D错误．5．以高速列车为例(如图所示)，假定车厢安装着一个墨水罐，它每隔一定时间滴出一滴墨水，车上的人