《相对论时空观与牛顿力学的局限性》万有引力与宇宙航行PPT优质课件

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》万有引力与宇宙航行PPT优质课件

第一部分内容：核心素养目标

物理观念

知道爱因斯坦的两条假设，了解时间延缓效应、长度收缩效应，认识牛顿力学的成就与局限性。

科学思维

知道牛顿力学的适用范围，认识物理学中理论的相对稳定性，要有质疑精神。

科学探究

认识迈克耳孙—莫雷实验对光速不变原理的推动作用，体会实验和理论的相互关系。

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相对论时空观与牛顿力学的局限性PPT，第二部分内容：课前学习

知识点一　相对论时空观

1.爱因斯坦假设

(1)在不同的_________参考系中，物理规律的形式都是________的。

(2)真空中的________在不同的惯性参考系中大小都是________的。

2.时间延缓效应

如果相对于地面以v运动的___________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___________完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝Δτ1－vc2

由于1－vc2<1，所以总有Δt___Δτ，此种情况称为时间延缓效应。

3.长度收缩效应

如果与杆相对________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，那么两者之间的关系是l＝l01－vc2由于1－vc2<1，所以总有l____l0，此种情况称为长度收缩效应。

惯性参考系

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。

①所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。

②所有相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系。

知识点二　牛顿力学的成就与局限性

1.牛顿力学的成就

从地面上物体的运动到天体的运动，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、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从___________的规律。

2.牛顿力学的局限性

(1)牛顿力学不适用于______运动。

(2)物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、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。

3.牛顿力学的适用范围

只适用于_______运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于________世界。

牛顿力学经历了实验检验，不会被新的科学所否定。它以某种特殊情形被包含在新的理论之中。

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相对论时空观与牛顿力学的局限性PPT，第三部分内容：核心探究

核心要点一　相对论时空观

牛顿力学时空观与相对论时空观比较

[例1] (多选)关于相对论时空观的说法，正确的是(　　)

A.在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的

B.在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关

C.在牛顿力学时空观中认为同时发生的事件，在相对论时空观中也是同时发生的

D.时间和空间是永恒不变的

解析　相对论时空观中，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关，选项B正确；相对论时空观中，时间和空间具有相对性，故选项C、D错误。

答案　AB

[例2] (2019·江西吉安高一月考)如图所示，a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb<vc，则地面的观察者认为走得最慢的钟为(　　)

A.a B.b C.c D.无法确定

[例3] 如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________。

[针对训练1] (2016·江苏高考)一艘太空飞船静止时的长度为30 m，他以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30 m

B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m

C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c

D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c

核心要点二　对牛顿力学的理解

1.牛顿力学

牛顿力学通常指以牛顿运动定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述低速宏观物体机械运动的经典力学体系。

2.发展历程

从亚里士多德和阿基米德的物理学发展到经典力学体系经历了约两千年，经历了以哥白尼、开普勒和伽利略为代表的科学革命。牛顿在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人研究的基础上，进行了一次科学的伟大的综合，形成了一个以实验为基础、以数学为表达形式的力学科学体系。

3.牛顿力学的伟大成就

牛顿力学和天文学相结合，建立了天体力学；牛顿力学和工程实际相结合，建立了各种应用力学，如流体力学、材料力学、结构力学等。所有宏观物体的运动问题，都服从牛顿力学的规律。

4.牛顿力学的局限性

牛顿力学有自身的局限性，它不适用于高速运动，也不适用于微观领域。在高速运动中，相对论可以描述其运动规律，量子力学可以描述微观粒子的运动规律。但相对论和量子力学并未否定牛顿力学，只认为牛顿力学是自己在一定条件下的特殊情形。

[例4] 下列说法中正确的是(　　)

A.牛顿运动定律就是牛顿力学

B.牛顿力学的基础是牛顿运动定律

C.牛顿运动定律可以解决自然界中的所有问题

D.牛顿力学可以解决自然界中的所有问题

[针对训练3] 牛顿力学不适用于下列哪些运动(　　)

A.火箭的发射

B.宇宙飞船绕地球的运动

C.“勇气号”宇宙探测器的运行

D.微观粒子的波动性

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