相对论时空观与牛顿力学的局限性知识结构导图核心素养目标物理观念：惯性系的概念，经典时空观与相对论时空观．科学探究：查阅相对论时空观的验证资料，体会人类对自然界的探究是不断深入的．科学思维：经典理论与狭义相对论的区别．科学态度与责任：会利用相对论时空观解释与日常生活相关的时间和长度的相对性问题知识点一相对论时空观阅读教材第65～67页“相对论时空观”部分．1．惯性系与非惯性系(1)凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．惯性系就是没有加速度的参考系，如地面．(2)牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系，如加速中的汽车，这个汽车作为参考系就是非惯性参考系．2．经典相对性原理：表述一：力学规律在任何________中都是相同的．表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做________运动．小车的加速度a＝0时，单摆和小球的状态符合牛顿运动定律；小车的加速度a≠0时，单摆和小球的状态不符合牛顿运动定律．点睛：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关．知识点二牛顿力学的成就与局限性阅读教材第68页“牛顿力学的成就与局限性”部分．1．牛顿力学的成就(1)从地面上物体的运动到________的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等________工具的运动，从投出篮球到发射________、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从牛顿力学的规律．(2)牛顿力学在如此广阔的领域里与实际相________，显示了________的正确性和牛顿力学的魅力．像一切科学一样，牛顿力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”．2.牛顿力学的局限性(1)19世纪末和20世纪初，物理学研究深入到________，发现了电子、________、中子等微观粒子，而且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________来说明．(2)20世纪20年代，________建立了，它能够很好地描述________运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用．3．牛顿力学与相对论的关系(1)当物体的运动速度____________于光速c时(c＝3×108 m/s)，相对论物理学与牛顿力学的结论____________区别；(2)当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时(h＝6.63×10－34J·s)，________和牛顿力学的结论没有区别．(3)相对论与量子力学都没有________过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形．【思考辨析】(1)在牛顿力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关．()时间延缓效应是不是指时钟走得慢了？长度收缩效应是不1．两个效应2.对“两个效应(1)时间间隔、一种观测效应，有变化．(4)相对论时空观：空间和时间与物体的运动状态有关．题型一对长度的相对性的理解点拨：时间延缓和长度收缩．可以通俗地理解为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走得越慢，接近光速钟就几乎停止了；这就是所谓的长度收缩效应，【例1】一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c(c 为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是()A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c题型二对时间间隔的相对性的理解【例2】如图所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B、C分别放在以速度v B和v C朝同一方向飞行的两枚火箭上，且v B<v C.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？练1假设有一名考生用90分钟完成了一场考试，一艘飞船相对此考生以0.5c的速度匀速飞过(c为真空中的光速)，则飞船上的观察者认为此考生考完这场考试所用的时间()A．小于90分钟B．等于90分钟C．大于90分钟D．等于45分钟练2(多选)A、B两架飞机沿地面上一足球场的长边方向在其上空高速飞过，且v A>v B，对于在飞机上人的观察结果，下列对牛顿力学、相对论及量子力学的认识牛顿力学、相对论及量子力学的比较自然界中宏观、低速物体的运动，都服从牛顿力学的规律空间、时间、质量与运动相联系；阐述了物体在以接【例3】(多选量子卫星从太空发出两道红色的光，外的云南丽江高美古站，公里级”的量子密钥分发．下列说法正确的是A．牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律D．万有引力定律也适用于强引力场思考与讨论μs.当μ子以0.99子的平均寿命是多少？对于地面上的观测者来说，多少？1．下列运动中不能用经典力学规律描述的是()．人造卫星绕地球运动D．和谐号从深圳向广州飞驰．如图所示，强强乘速度为0.9c(c为真空中的光速飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行．如果希望光年，则他所乘飞船相对地球的速度为0.6cc4.(多选)如图所示，你站在水平木杆AB的中央附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的，所以，你认为该木杆是平着落到了地面上；若此时飞飞小姐正以接近光速的速度从你前面掠过，她看到B端比A端先落地，因而她认为木杆是向右倾斜着落地的．她的看法是()A．正确的B．错误的C．她应感觉到木杆在朝她运动D．她应感觉到木杆在远离她运动5．(多选)甲乘客乘坐在接近光速的火车上，乙观察者站在铁轨附近的地面上，甲、乙两人手中各持一把沿火车前进方向放置的米尺．则下列说法正确的是()A．甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要长B．甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要短C．乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要长D．乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要短6．地面上长100km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？。
第七章 万有引力与宇宙航行5 相对论时空观与牛顿力学的局限性知识点一 经典力学的局限性一、从低速到高速1．低速与高速的概念．2．经典力学的基础是牛顿运动规律，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就．3．狭义相对论阐述的是物体以接近光的速度运动时所遵从的规律．4．在经典力学中，物体的质量是不变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大，即m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2，两者在速度远小于光速的条件下是统一的． 5．经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，统一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中测量结果不同，随着速度增加，时间会变短，长度会变短，t=t 01-(v c )2，l=l 01-(v c)2． 二、从宏观到微观1．电子、质子、中子等微观粒子不仅有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律．2．经典力学的适用范围：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．三、从弱引力到强引力1．弱引力与强引力．(1)每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由天体的质量决定．(2)当天体间的距离远大于引力半径时，它们间的引力就是弱引力．(3)当天体间的距离远小于引力半径时，它们间的引力就是强引力．2．经典力学与行星轨道的矛盾．按照牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆轨道做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动． 实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合得很好．②“普朗克常量”(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时.(2)相对论和量子力学都没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学的特殊情况随堂练习1．下列说法中正确的是( )A ．经典力学适用于任何情况下的任何物体B ．狭义相对论否定了经典力学C ．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D ．万有引力定律也适用于强相互作用力2．(多选)20世纪以来，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 ．人类已掌握不同事物的本质3．对于公式m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2，下列说法中正确的是( ) A ．公式中的m 0，是物体以速度v 运动时的质量B ．当物体运动速度v >0时，物体的质量m >m 0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用C ．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动D ．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化4．日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化．其原因是( )A ．运动中物体无法称量质量B ．物体的速度远小于光速，质量变化极小C ．物体的质量太大D ．物体的质量不随速度的变化而变化5．(多选)下列现象中能用牛顿的经典力学解释的是( )A ．高速公路上行驶的汽车B ．空气中下落的雨滴C ．原子核外电子绕核的转动D ．空气中漂浮的肥皂泡6．如图所示，强强乘坐速度为0.9c (c 为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c ，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．1.0c第七章万有引力与宇宙航行5 相对论时空观与牛顿力学的局限性1.C2.BC3.C4.B5、答案：ABD解析：经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．高速公路上行驶的汽车、空气中下落的雨滴、空气中漂浮的肥皂泡都属于宏观、低速范畴，经典力学适用，A、B、D对．原子核外电子绕核的转动属于微观现象，经典力学不适用，C错．6、答案：D解析：根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到真空中的光速c都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为1.0c，选项D正确．。
5 相对论时空观与牛顿力学的局限性-人教版高中物理必修第二册（2019版）教案一、教学目标1.了解牛顿力学的基本假设和其适用范围。
2.了解相对论时空观的基本概念及其实验基础。
3.理解相对论时空观的本质特征和实验验证。
4.理解相对论时空观与牛顿力学的区别及其局限性。
二、教学重点1.牛顿力学的基本假设和其适用范围。
2.相对论时空观的本质特征和实验验证。
3.相对论时空观与牛顿力学的区别及其局限性。
三、教学难点1.相对论时空观的本质特征和实验验证。
2.相对论时空观与牛顿力学的区别及其局限性。
四、教学方法1.讲授教学法。
2.实验教学法。
3.讨论教学法。
1. 牛顿力学的基本假设和其适用范围牛顿力学是现代物理学的基础，它的基本假设是：力是物体间相互作用的结果，大小与方向都可以定量地计算出来，物体的加速度与它所受的力成正比，与它的质量成反比。
牛顿力学的适用范围是低速运动和基本静止的物体间相互作用。
对于高速运动的物体，牛顿力学的计算结果会与实验结果产生明显的偏差，无法描述物体的真实运动状态。
2. 相对论时空观的本质特征和实验验证相对论时空观是20世纪初爱因斯坦提出的，它的基本假设是光速不变原理和相对性原理。
光速不变原理指的是，在任何惯性参考系中，光速都是不变的，即便是运动的光源也是如此。
相对性原理指的是，在任何惯性参考系中，物理定律的表达式都是相同的。
这些假设的实验基础是著名的迈克尔逊-莫雷实验，它实验证明了光速不变原理。
相对论时空观的本质特征是时空是相对的，由此导致了一系列的狭义相对论效应，如时间膨胀、长度收缩、质能关系、光钟效应等等。
这些效应在低速运动下可以忽略不计，但在高速运动时会显著影响物体的运动状态。
3. 相对论时空观与牛顿力学的区别及其局限性相对论时空观与牛顿力学最大的区别在于对“运动物体”的认识。
牛顿力学认为，物体的运动状态是绝对的，而相对论时空观认为运动状态是相对的。
在高速运动的情况下，牛顿力学无法正确描述物体的运动状态，而相对论时空观则可以精确描述。
