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1、第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性【知识梳理】一、相对论时空观.绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的，也叫牛顿力学时空观。1 .爱因斯坦的两个假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。2 .时间延缓效应：At= . Ar or V.长度收缩效应：l =。V 95.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）都跟物体的运动状态有关。二、牛顿力学的成就与局限性.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
2、投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船所 有这些都服从牛顿力学的规律。1 .牛顿力学的局限性：牛顿力学对于高速运动的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。2 .量子力学的建立能够很好地描述微观运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。3 .相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。【方法突破】一、相对论时空观方法归纳 牛顿力学时空观与相对论时空观比较比较项目牛顿力学时空观相对论时空观同时绝对性相对性长度绝对性相对性光速可变（遵循经典速度变换规律）不变物理规律在不同惯性参考系中其形式相同【例1】有兄弟两人，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度
3、离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球, 哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，该现象的科学解释是（）A.哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B.弟弟思念哥哥而加速生长了C.由相对论可知，物体速度越大，物体上的时间进程越慢，生理进程也越慢D.这是神话，科学无法解释【针对训练1】惯性系S中有一边长为/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 正方形的图象是0二、牛顿力学的成就与局限性方法归纳1.牛顿力学的成就 牛顿力学的基础是牛顿运动定律，在低速、宏观、弱引力的广阔领域，牛顿力学取得了巨大的成就。牛顿 力学又称为经典力学。研究方法的代表伽利略的“自然数学法”和牛顿的“归纳演绎
4、法”推动了物理、数学和哲学 的发展主要成就天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用18世纪60年代，力学和热力学的发展及应用，引发了第一次工业革命动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础2.牛顿力学的局限性20世纪20年代，建立了量子力学，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重 要作用；爱因斯坦的广义相对论表明，在强引力的作用下，牛顿的引力理论将不再适用；相对论和量子力 学都没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论在低速情况下的近似。【例2】爱因斯坦建立了广义相对论，并根据这一理论推导得出三个著名的预言：水星轨道近日点的进动; 太阳引起的光线偏折；
5、光波的重力红移。经过科学实验的检验，最终证实这些预言的理论计算与实验结果 都能吻合。这说明广义相对论（）A.是人类对客观世界的最终反映B.被观察结果证实了理论的合理性C.是客观事实检验过的绝对真理D.比牛顿引力理论更具实用价值【针对训练2】关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（）A.相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学B.相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的C.牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射D.经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例【对点检测】一、随堂检测1.下列说法中不正确的是（）A.杆的长度不会因为观察者是否与
6、杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点B.由静止的人来测，沿自身长度方向运动的杆的长度总比杆静止时的长度小C.杆静止时的长度为办不管杆如何运动，杆的长度均小于/。D.如果两根平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们分别相对静止的两位观察者都会认为对方 的杆缩短了. 4、8两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vAvB9在地面上的人观察到的结果正确的是（）A.火箭4上的时钟走得最快B.地面上的时钟走得最快C.火箭3上的时钟走得最快D.火箭3上的时钟走得最慢2 .如图所示，。、爪C为三个完全相同的时钟，。放在水平地面上，b、C分别放在以速度出、心向同一方向 飞行的两枚火箭上，且出大于心
7、则地面上的观察者认为走得最慢的钟为（）A. qB.bC. cD.无法确定. 一枚静止时长30m的火箭以L5xl08m/s的速度从观察者的身边掠过，已知光速为3xl08m/s,观察者测 得火箭的长度约为（）A. 30mB. 15mC. 34mD. 26m二、课后检测.下列说法正确的是（）A.相对论时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的B.相对论时空观认为物体的长度会因物体的速度不同而不同C.牛顿力学只适用于宏观物体、低速运动的问题，不适用于接近光速的问题D.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论仍有很大的区别.随着科学技术的发展，人类遨游太空终究会实现。如果某飞船在以（）
8、.5c的速度飞行靠近某一星球时，发 出一光源信号提示该星球上的人。假设所有的星球均相对静止，C为光在真空中的速度。则下列说法正确的 是（）A.该星球上的人看到的光源信号的速度为1.5cB.该星球上的人看到的光源信号的速度为cC.地球上的人看到的光源信号的速度为。D.飞船正后方的某星球上的人看到的光源信号的速度为0.5c.下列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.在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于与光源的运动无关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8.爱因斯坦的相对论时空观告知我们
9、：我们在静止地面看到某物体长度上和运动所间隔的时间比较相 对地面很大速度v的参考系中对应的该物体的长度和间隔的时间来说（）A.在静止地面物体长度偏大8 .在静止地面物体长度偏小C.在地面物体运动所间隔的时间，偏大D.在地面物体运动所间隔的时间，偏小【提升训练】.下列说法正确的是（）A.在经典力学中，物体的质量是不随物体运动状态而改变的B.以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性，它只适用于低速运动,不适用于高速运动;只适用于宏 观世界，不适用于微观世界C.相对论的出现否定了经典力学理论D.伽利略的自然数学化的方法和牛顿的归纳一演绎法是经典力学方法的典型.下列叙述中，属于经典时空观内容的是（
10、）A.在任何参考系中测量同一个物体，都具有相同的长度B.光速是自然界中的极限速度，任何事物的速度不能超过光速C.任何事物所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的D.同时是相对的11.下列说法正确的是（）A. 一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是牛顿力学时空观的观点一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小一条杆的长度静止时为/。，不管杆如何运动，杆的长度均小于4）D.如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆 缩短了12.接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的钠原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下 列说法正确的有（）A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢