第七章萬有引力與宇宙航行相對論時空觀與牛頓力學的局限性人教版高中物理必修第一冊1.課堂導入2.教學目標3.新知探究4.課堂小結目錄5.當堂檢測課堂導入01課堂導入

時間像一條看不見的“長河”，均勻地自行流逝著，空間像一個廣闊無邊的房間，它們都不影響物體及其運動。若河中的水以相對于岸的速度v水岸流動，河中的船以相對于水的速度v船水順流而下，則船相對于岸的速度為v船岸＝v船水＋v水岸時間與空間都是獨立于物體及其運動而存在的。這種絕對時空觀，也叫牛頓力學時空觀。02教學目標教學目標知道愛因斯坦的兩個假設的內容。知道時間延緩效應及長度收縮效應結論的內容。認識經(jīng)典力學的局限性和適用范圍。了解相對論、量子力學和經(jīng)典力學的關系。231403新知探究新知探究設想人類可以利用飛船以0.2c的速度進行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光，該星球上的觀察者測量到的激光的速度是多少？答案似乎應為1.2c。然而，事實并非如此！因為經(jīng)典力學不再適用。經(jīng)典力學只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題，要解決這一問題就需要用到相對論時空觀。新知探究地球繞太陽公轉的速度是3×104m/s，某實驗室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999999999987倍光速的速度，請思考：地球的公轉速度屬于低速，被加速器加速后的電子的速度屬于高速。(1)在狹義相對論中，地球的公轉速度屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速度屬于低速還是高速？新知探究(2)在地面上校準的兩只鐘，一只留在地面上，一只隨宇宙飛船遨游太空，隔一段時間飛船返回地面時，兩只鐘顯示的時間相同嗎？有什么差別？不相同。隨飛船旅行的時鐘變慢。新知探究1.19世紀，物理學家

根據(jù)電磁場理論預言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度

光速c。2.1887年的邁克耳孫—莫雷實驗以及其他一些實驗表明：在不同的參考系中，光的傳播速度

！這與牛頓力學中不同參考系之間的速度變換關系

。麥克斯韋等于麥克斯韋都是一樣的不符3.愛因斯坦假設(1)在不同的

參考系中，物理規(guī)律的形式都是

的。(2)真空中的

在不同的慣性參考系中大小都是

的。慣性相同光速相同愛因斯坦新知探究假設一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。車上的觀察者以車廂為參考系，閃光會同時到達前后兩壁。這兩個事件是同時發(fā)生的。車下的觀察者以地面為參考系，閃光先到達后壁，后到達前壁。這兩個事件不是同時發(fā)生的。新知探究4.相對論時空觀(1)時間延緩效應①如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關系是Δt=

。②Δt與Δτ的關系總有Δt

Δτ(選填“>”“<”或“=”)，即物理過程的快慢(時間進程)跟物體的運動狀態(tài)

(選填“有關”或“無關”)。

有關>新知探究②l與l0的關系總有l(wèi)

l0(選填“>”“<”或“=”)，即運動物體的長度(空間距離)跟物體的運動狀態(tài)

(選填“有關”或“無關”)。(2)長度收縮效應①如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關系是l=

。

<有關新知探究1.牛頓力學的成就牛頓經(jīng)典力學金字塔的建立伽利略、第谷哥白尼、亞里士多德笛卡爾、胡克、哈雷等開普勒(3)將“實驗和數(shù)學”相結合的方法推廣到物理學的各個分支，形成了完整的經(jīng)典力學體系。(1)把天體的運動與地面上物體的運動統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了人類對自然界認識的第一次理論大綜合。(2)在宏觀、低速、弱引力的廣闊區(qū)域，包括天體力學的研究中，經(jīng)受了實踐檢驗，取得了巨大成就。新知探究2.牛頓力學的局限性(1)物體在以接近光速運動時所遵從的規(guī)律，有些是與牛頓力學的結論并不相同的。(2)在微觀世界中(尺度在10-10m以下)，由于物質的存在和運動形式(波粒二象性)較宏觀世界，有較大的不同，牛頓力學也不適用。像一切科學一樣，牛頓力學沒有也不會窮盡一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科學理論一樣，是一部“未完成的交響曲”新知探究4.低速與高速(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動的物體。(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。3.牛頓力學的適用范圍牛頓力學只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界；只適用于弱引力情況，不適用于強引力情況。新知探究相對論和量子力學是不是否定了牛頓力學？說說你的看法。不是。當物體的運動速度遠小于光速時，相對論與牛頓力學的結論沒有區(qū)別；當普朗克常量可以忽略不計時，量子力學和牛頓力學的結論沒有區(qū)別。牛頓力學沒有被否定，而是作為某些條件下的特殊情形，被包括在新的科學成就之中。04課堂小結課堂小結相對論時空觀與牛頓力學的局限性相對論時空觀愛因斯坦假設

牛頓力學的成就與局限性成就：形成了完整的經(jīng)典力學體系局限性：微觀、高速、強力不適用相對論、量子力學和經(jīng)典力學的關系：互為補充，互不矛盾，互不否定，共同支撐起物理學科的骨架。05當堂檢測當堂檢測

√當堂檢測根據(jù)愛因斯坦的光速不變原理可知，在不同的慣性參考系中，光在真空中沿任何方向傳播速度都是c，則觀察者在地面上任何地方和在飛船中觀測光的速度均為c，故選D。當堂檢測如圖所示，a、b、c為三個完全相同的時鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩枚火箭上，且vb<vc，則地面的觀察者認為走得最慢的鐘為A.a B.bC.c D.無法確定√當堂檢測

當堂檢測若一列火車以接近光速的速度在高速行駛，車上的人用望遠鏡來觀察地面上的一只排球，其觀察的結果是A.像一只乒乓球(體積變小)B