第五章 经典力学的局限性与相对论初步 第1~3节 经典力学的成就与局限性 相对论时空观简介 宇宙的起源和演化 核心素养导学 物理观念 (1)知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。 (2)知道相对论、量子力学有助于人类认识高速、微观领域。 (3)知道爱因斯坦的两个基本假设。 (4)知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论。 科学思维 (1)了解爱因斯坦的两个基本假设,知道牛顿力学的局限性。 (2)能对时间延缓效应和长度收缩效应问题进行分析。 科学态度与责任 通过课内与课外阅读,知道相对论、量子力学和经典力学的关系,体会人类对自然界的探索是不断深入的。 一、经典力学的成就与局限性 1.经典力学的成就 牛顿的著作 中建立了一个完整的力学理论体系,它可以解释 中人们日常看到的种种运动。 2.经典力学的局限性 经典力学只适用于 (线度>10-10 m)、 (v c)、 场(例如地球附近)的范围,超出以上范围,经典力学不再适用,需要 、 等来取代。 二、相对论时空观简介 1.爱因斯坦的假设 (1)对不同的惯性参考系,物理规律(包括力学的和电磁学的)都是 的; (2)光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是 的。 2.狭义相对论 (1)同时的相对性:指相隔一定距离发生的两件事,在一个参考系中观测是 发生的,在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测就可能不是同时,而是 发生的。 (2)运动时钟变慢 ①时间变换公式τ= 。 ②上述公式表示:同样的两件事,在它们发生于同一地点的参考系内所经历的时间 ;在其他参考系内观测,这段时间要 ,即为时间的 也称为“动钟变慢”。 (3)长度的相对性 ①长度变换公式:l= 。 ②此公式说明:一根尺子在运动时的长度总要比它静止时的长度 ,这一现象称为“ ———。 (4)相对论质量和能量 ①质能方程:E= ,其中c为光在真空中的速率。 ②相对论“质量”与静质量m0的关系式m= ,式中m0是不变的量。 (5)相对论时空观 时间和空间的量度是与物体的运动有关的,是 的。 3.广义相对论 广义相对论指出时间和空间的量变与物体间的 有关,因而与它们的 有关,物体因具有质量而使其周围的时间和空间发生了“ ———。 (1)牛顿时空观在低速、宏观物体运动时是可以适用的。 (2)相对论时空观适用于高速、微观物体的运动。 1.地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s。在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度,光速c=3×108 m/s。 请思考: (1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速 被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速 (2)在地面上校准的两只钟,一只留在地面上,一只随宇宙飞船遨游太空(如图所示)。 隔一段时间飞船返回地面时,两只钟显示的时间相同吗 有什么差别 2.牛顿力学适用于地面上物体的运动及天体的运动,但不适用于高速运动的物体,及微观粒子的运动。具有一定的局限性。请对以下结论作出判断: (1)火车提速后,有关速度问题不能用牛顿力学来处理。 ( ) (2)宏观物体在低速运动时,相对论与经典力学的结论是一致的。 ( ) (3)在牛顿力学的适用范围内,运动的时钟和静止的时钟快慢相同。 ( ) (4)电子在原子核外的运动规律不能用牛顿力学来解释。 ( ) 新知学习(一) 认识两个基本原理及其应用 [任务驱动] 如图,一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶,车厢中央的光源发出了一个闪光,闪光照到了车厢的前壁和后壁,思考以下两个问题: (1)甲图中,车上的观察者观察到闪光是否同时到达前后两壁。 (2)乙图中,车下的观察者观测到的结果是怎样的 [重点 ... ...
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