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高一
必修二
物理导学案
课题：7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性
一、学习目标
1．知道什么是绝对时空观和相对论时空观。
2．知道爱因斯坦的两个假设。
3．知道时间延缓效应和长度收缩效应。
4．了解牛顿力学的局限性和适用范围。
二、自主阅读反馈
1、相对论时空观：
(1)绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其
而存在的，也叫牛顿力学时空观。
(2)爱因斯坦的假设：
①在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是
的；
②真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是
的。
(3)时间延缓效应：Δt＝_________。
(4)长度收缩效应：l＝___________。
(5)相对论时空观：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
有关。
2、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
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：牛顿力学对于
的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。
(3)量子力学的建立能够很好地描述
运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
(4)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
情形。
三、探究思考
情境1、一架飞机在上海杨浦大桥上空匀速飞过,飞机飞行方向与大桥平行,问飞机上的乘客看到的大桥长度与静止观察时相比有什么变化?
情景2、能根据牛顿运动定律研究原子中电子的运动吗?
四、知识精讲：
1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。
2．相对性原理
(1)根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量。
(2)迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的。
3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设
(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
4．长度的相对性——“动尺变短”
狭义相对论中的长度公式：l＝l0中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度。
5．时间间隔的相对性——动钟变慢
时间间隔的相对性公式：Δt＝中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt是相对于事件发生地以速度v高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。
典例1、π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在自己的参考系中测得)。
(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？
(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？
[解析]　(1)π＋介子在实验室中观察的寿命为
Δt＝＝
s≈4.3×10－8
s。
(2)该粒子在衰变前运动的距离为：
x＝vΔt＝0.8×3×108×4.3×10－8
m＝10.32
m。
2、关于狭义相对论，下列说法不正确的是
(　D　)
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关
C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系
D．狭义相对论任何情况下都适用
6、牛顿力学的局限性：
典例2、[多选]以下说法正确的是
(　BC　)
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变
D．相对论和量子力学否定了经典力学理论
2、经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指
(　D　)
A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B．地球表面上的物质世界
C．人眼能看到的物质世界
D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
五、课堂检测与练习
1.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
(　D　)
A.0.4c　　　　B.0.5c　　　　C.0.9c　　　　D.1.0c
2.(多选)牛顿的经典力学能很好地解释下列哪些现象
(　ABD　)
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
3.惯性系S中有一边长为l的正方形,从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是
(　C　)
4、科学家预言,在遥远的将来,离子推进发动机驱动的宇宙飞船很可能会用于宇宙航行,这种飞船能以接近光速飞行。设想在以0.9c飞行的飞船上打开一个光源,则下列说法正确的是
(　D　)
A.飞船正前方的观察者看到的光速为1.9c
B.飞船正后方的观察者看到的光速为0.1c
C.在垂直飞船前进方向上的观察者看到的光速是2C
D.在任何地方的观察者看到的光速都是c

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