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第1节　经典力学的成就与局限性
第2节　相对论时空观简介
第3节　宇宙的起源和演化
学习目标　1.知道牛顿的绝对时空观。2.了解牛顿力学取得的巨大成就和牛顿力学的局限性。3.知道牛顿力学的适用范围。4.知道爱因斯坦的两条假设。5.了解事件的延缓性和长度收缩效应、时空弯曲。
知识点一　经典力学的成就与局限性
经典力学
1.经典力学的成就
(1)牛顿在1687年出版的著作《____________________》中建立了一个完整的力学理论体系。经典力学能够解释宏观世界中人们看到的种种运动。
(2)经典力学的思想方法不仅影响到________和________领域，也影响到________、________、________等领域，对社会和文化的发展产生巨大影响。
(3)经典力学促进了技术层面的巨大创新，________的发明和改进，推动了第一次工业革命，使人类由农业文明走向工业文明。
2.经典力学的局限性
(1)经典力学不适用于高速运动的物体。
(2)牛顿运动定律和万有引力定律不适用于受到很________引力作用的物体的运动。
(3)由于微观领域内的微观粒子的运动充满了________性和________性，经典力学不适用。
例1 关于经典力学，下列说法错误的是(　　)
A.由于相对论、量子力学的提出，经典力学已经被完全否定
B.经典力学可看作相对论、量子力学在一定条件下的特殊情形
C.经典力学在宏观物体、低速运动、引力不太大时适用
D.经典力学对高速运动的微观粒子不适用
听课笔记__________________________________________________________
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经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子；经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题。
(1)低速：就是指运动速度远小于真空中的光速。
(2)高速：就是指运动速度接近于真空中的光速。
训练1 下列物体的运动，不能用经典力学描述的是(　　)
A.“复兴”号列车高速行驶
B.电子以接近光的速度运动
C.神舟十号飞船在轨道上运行
D.“辽宁”号航空母舰在大海上航行
知识点二　相对论时空观　宇宙中的起源和进化
1.狭义相对论的主要内容
(1)同时的相对性
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____________的另一个参考系中观测就可能________同时，而是一先一后发生的。
(2)运动时钟变慢
①狭义相对论的时间变换公式：τ＝________________。
②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________些。
(3)长度的相对性
①狭义相对论的长度变换公式：l＝________________。
②一根尺子在运动时的长度总要比它静止时的长度____________，这一现象常通俗地称为“动尺收缩”。
(4)相对论质量和能量
①质能方程E＝____________(c是光在真空中的速率)。
②质量m与运动速率v的关系：m＝________________，其中m0是v＝________时物体的质量，称为________。
2.广义相对论点滴
(1)当光线通过强引力场时，光线在引力场中会发生________。
(2)广义相对论是________与________相结合的典范。在广义相对论中，时间、____________、________与________是紧密地联系在一起的。
3.宇宙的起源和演化
(1)宇宙的起源
物理学家伽莫夫把宇宙膨胀与粒子反应理论结合起来，提出____________假说。
(2)宇宙的未来
大爆炸理论能够解释很多客观事实，是一种相对真理，但还没有完全成熟，会不断受到检验、修正和补充，也不能排除需要作重大修改的可能性。
例2 (粤教版教材P137T4改编)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.0.4c B.0.5c
C.0.9c D.1.0c
听课笔记_________________________________________________________
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例3 惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是(　　)
听课笔记___________________________________________________________
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训练2 如图所示，假设一根10 cm长的梭镖以接近光速的速度穿过一根10 cm长的静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是(　　)
A.静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖
B.静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来
C.静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖
D.如果梭镖和管子都以光速c相向运动，则二者的相对速度是2c
训练3 如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB＜vC，对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是(　　)
A.时钟A走得最慢 B.时钟B走得最慢
C.时钟C走得最慢 D.时钟C走得最快
随堂对点自测
1.(经典力学的局限性)下列运动不能用经典力学解释的是(　　)
A.火箭携带卫星飞向太空
B.电子以接近光速的速度运动
C.战斗机从辽宁号航母上起飞
D.高铁列车从盐城向北京飞驰
2.(经典力学的局限性)美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学，下列说法正确的是(　　)
A.经典力学完全适用于宏观低速运动
B.经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C.随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D.由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
3.(相对论的时空观)如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C，假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(　　)
A.同时被照亮 B.A先被照亮
C.C先被照亮 D.无法判断
4.(相对论的时空观)某考生现在正在完成100分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对该考生以0.3c的速度匀速飞过(c为真空中的光速)，则飞船上的观察者根据相对论认为该考生考完这场考试所用时间(　　)
A.大于100分钟 B.等于100分钟
C.小于100分钟 D.不能确定
5.(相对论的时空观)如果真空中的光速c＝3.0×108 m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108 m/s时，质量为3 kg。当它的速度为v2＝1.8×108 m/s时，质量为多少？
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第1节　经典力学的成就与局限性
第2节　相对论时空观简介
第3节　宇宙的起源和演化
知识点一
1.(1)自然哲学的数学原理　(2)化学　生物学　艺术　政治　哲学　(3)蒸汽机　2.(2)强　(3)不确定　离散
例1 A　[相对论、量子力学的提出，没有否定经典力学，只是对力学的完善；经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。故A符合题意。]
训练1 B　[经典力学适用于低速、宏观的物体，不适用于高速、微观的物体，故电子以接近光的速度运动时不能用经典力学描述，列车的行驶、飞船的运行以及航空母舰在大海上航行都能用经典力学描述，故B正确，A、C、D错误。]
知识点二
1.(1)同时　运动　不是　(2)①　②最短　长　
(3)①l0　②小　(4)①mc2　②　0　静质量　
2.(1)偏折　(2)数学　物理　空间　物质　运动　3.(1)宇宙大爆炸
例2 D　[根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到的真空中的光速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。]
例3 C　[由相对论知识可知运动方向上的边长变短，即x轴方向的边长变短，垂直运动方向的边长不变，即y轴方向的边长不变，故C正确。]
训练2 A　[梭镖相对于静止的观察者高速运动，根据相对论的长度收缩效应可知，梭镖长度收缩变短，而管子相对于观察者是静止的，同理知管子长度不变，所以静止的观察者看到梭镖长度收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，故A正确，B、C错误；如果梭镖和管子都以光速c相向运动，根据光速不变原理知，二者的相对速度是c，故D错误。]
训练3 C　[根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，时钟C的速度最大，时针C走得最慢，C正确，A、B、D错误。]
随堂对点自测
1.B　[经典力学适用范围是宏观、低速、弱引力，故A、C、D可以用经典力学解释，A、C、D错误；B中电子速度接近光速，属于高速运动，不能用经典力学解释，B正确。]
2.A　[经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，不会过时也不会失去价值，故C、D错误。]
3.C　[列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，观察者测得C先被照亮，故C正确。]
4.A　[根据狭义相对论可知，飞船相对该考生以0.3c的速度匀速飞过时，飞船上的观察者认为该考生考完这场考试所用的时间t＝>t0，即飞船上的观察者认为该考生考完这场考试所用的时间大于100分钟，选项A正确。]
5.2.25 kg
解析　根据狭义相对论，有m＝
可得＝＝
代入数据解得＝
所以m2＝m1＝2.25 kg。(共25张PPT)
第1节　经典力学的成就与局限性
第2节　相对论时空观简介
第3节　宇宙的起源和演化
第五章 经典力学的局限性与相对论初步
1.知道牛顿的绝对时空观。2.了解牛顿力学取得的巨大成就和牛顿力学的局限性。3.知道牛顿力学的适用范围。4.知道爱因斯坦的两条假设。5.了解事件的延缓性和长度收缩效应、时空弯曲。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
知识点
1
知识点二　相对论时空观　宇宙中的起源和进化
知识点一　经典力学的成就与局限性
知识点一　经典力学的成就与局限性
经典力学
1.经典力学的成就
(1)牛顿在1687年出版的著作《____________________》中建立了一个完整的力学理论体系。经典力学能够解释宏观世界中人们看到的种种运动。
(2)经典力学的思想方法不仅影响到______和________领域，也影响到______、______、______等领域，对社会和文化的发展产生巨大影响。
(3)经典力学促进了技术层面的巨大创新，________的发明和改进，推动了第一次工业革命，使人类由农业文明走向工业文明。
自然哲学的数学原理
化学
生物学
艺术
政治
哲学
蒸汽机
2.经典力学的局限性
(1)经典力学不适用于高速运动的物体。
(2)牛顿运动定律和万有引力定律不适用于受到很____引力作用的物体的运动。
(3)由于微观领域内的微观粒子的运动充满了________性和______性，经典力学不适用。
强
不确定
离散
A
例1 关于经典力学，下列说法错误的是(　　)
A.由于相对论、量子力学的提出，经典力学已经被完全否定
B.经典力学可看作相对论、量子力学在一定条件下的特殊情形
C.经典力学在宏观物体、低速运动、引力不太大时适用
D.经典力学对高速运动的微观粒子不适用
解析　相对论、量子力学的提出，没有否定经典力学，只是对力学的完善；经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。故A符合题意。
经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子；经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题。
(1)低速：就是指运动速度远小于真空中的光速。
(2)高速：就是指运动速度接近于真空中的光速。
B
训练1 下列物体的运动，不能用经典力学描述的是(　　)
A.“复兴”号列车高速行驶
B.电子以接近光的速度运动
C.神舟十号飞船在轨道上运行
D.“辽宁”号航空母舰在大海上航行
解析　经典力学适用于低速、宏观的物体，不适用于高速、微观的物体，故电子以接近光的速度运动时不能用经典力学描述，列车的行驶、飞船的运行以及航空母舰在大海上航行都能用经典力学描述，故B正确，A、C、D错误。
知识点二　相对论时空观　宇宙中的起源和进化
1.狭义相对论的主要内容
(1)同时的相对性
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______的另一个参考系中观测就可能______同时，而是一先一后发生的。
同时
运动
不是
(2)运动时钟变慢
①狭义相对论的时间变换公式：τ＝____________。
②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____些。
最短
长
(3)长度的相对性
①狭义相对论的长度变换公式：l＝__________。
②一根尺子在运动时的长度总要比它静止时的长度____，这一现象常通俗地称为“动尺收缩”。
(4)相对论质量和能量
①质能方程E＝________ (c是光在真空中的速率)。
②质量m与运动速率v的关系：m＝，其中m0是v＝____时物体的质量，称为________。
小
mc2
0
静质量
2.广义相对论点滴
(1)当光线通过强引力场时，光线在引力场中会发生______。
(2)广义相对论是______与______相结合的典范。在广义相对论中，时间、______、______与______是紧密地联系在一起的。
偏折
数学
物理
空间
物质
运动
3.宇宙的起源和演化
(1)宇宙的起源
物理学家伽莫夫把宇宙膨胀与粒子反应理论结合起来，提出____________假说。
(2)宇宙的未来
大爆炸理论能够解释很多客观事实，是一种相对真理，但还没有完全成熟，会不断受到检验、修正和补充，也不能排除需要作重大修改的可能性。
宇宙大爆炸
D
例2 (粤教版教材P137T4改编)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.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1.0c
解析　根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到的真空中的光速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。
C
例3 惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是(　　)
解析　由相对论知识可知运动方向上的边长变短，即x轴方向的边长变短，垂直运动方向的边长不变，即y轴方向的边长不变，故C正确。
A
训练2 如图所示，假设一根10 cm长的梭镖以接近光速的速度穿过一根10 cm长的静止的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是(　　)
A.静止的观察者看到梭镖收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖
B.静止的观察者看到梭镖变长，因此在某个位置，梭镖从管子的两端伸出来
C.静止的观察者看到两者的收缩量相等，因此在某个位置，管子仍恰好遮住梭镖
D.如果梭镖和管子都以光速c相向运动，则二者的相对速度是2c
解析　梭镖相对于静止的观察者高速运动，根据相对论的长度收缩效应可知，梭镖长度收缩变短，而管子相对于观察者是静止的，同理知管子长度不变，所以静止的观察者看到梭镖长度收缩变短，因此在某个位置，管子能完全遮住梭镖，故A正确，B、C错误；如果梭镖和管子都以光速c相向运动，根据光速不变原理知，二者的相对速度是c，故D错误。
训练3 如图所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB＜vC，对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是(　　)
C
A.时钟A走得最慢 B.时钟B走得最慢
C.时钟C走得最慢 D.时钟C走得最快
解析　根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，时钟C的速度最大，时针C走得最慢，C正确，A、B、D错误。
随堂对点自测
2
B
1.(经典力学的局限性)下列运动不能用经典力学解释的是(　　)
A.火箭携带卫星飞向太空
B.电子以接近光速的速度运动
C.战斗机从辽宁号航母上起飞
D.高铁列车从盐城向北京飞驰
解析　经典力学适用范围是宏观、低速、弱引力，故A、C、D可以用经典力学解释，A、C、D错误；B中电子速度接近光速，属于高速运动，不能用经典力学解释，B正确。
A
2.(经典力学的局限性)美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学，下列说法正确的是(　　)
A.经典力学完全适用于宏观低速运动
B.经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的
C.随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论
D.由于相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值
解析　经典力学完全适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学仍然是正确的，不会过时也不会失去价值，故C、D错误。
C
3.(相对论的时空观)如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C，假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(　　)
A.同时被照亮 B.A先被照亮
C.C先被照亮 D.无法判断
解析　列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，观察者测得C先被照亮，故C正确。
A
4.(相对论的时空观)某考生现在正在完成100分钟的期末物理考试，假设一艘飞船相对该考生以0.3c的速度匀速飞过(c为真空中的光速)，则飞船上的观察者根据相对论认为该考生考完这场考试所用时间(　　)
A.大于100分钟 B.等于100分钟
C.小于100分钟 D.不能确定
5.(相对论的时空观)如果真空中的光速c＝3.0×108 m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108 m/s时，质量为3 kg。当它的速度为v2＝1.8×108 m/s时，质量为多少？
答案　2.25 kg

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