随堂优化训练高中物理第五章第一节 经典力学的成就与局限性 第二节 经典时空观与相对论时空观课件 粤教版必.docx

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第五章经典力学与物理学革命

第一节经典力学的成就与局限性

第二节经典时空观与相对论时空观牛顿

1.____________在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人

研究的基础上,采用归纳与演绎、综合与分析的方法,建立了

一套完整的经典力学体系.

2.经典力学的应用受到物体运动速率的限制,它只适用于

低速微观

处理________运动的物体,并且不适用于________领域中的物

质结构和能量不连续的现象.惯性参考系

3.凡是牛顿运动定律成立的参考系就称为____________,

惯性系

简称________________;而牛顿运动定律不成立的参考系称为

非惯性系

________________.对于所有惯性系,力学规律都是相同的,

等效的

或者说,一切惯性系都是____________.

相对性原理

4.相对论时空观的两个基本假设:

第一是______________,

光速不变原理

第二是______________.相对论的四条重要结论是:

相对性

1“同时”的______________;

变慢

2运动的时钟____________;

缩短

3运动的尺子____________;

4物体质量随速度的增加而_____增__大_______.5.牛顿运动定律不适用于下列哪种情形

A

A.研究原子中电子的运动

B.研究“神舟”九号飞船的发射

C.研究地球绕太阳的运动

D.研究飞机从北京飞往广州的运动

解析:

经典力学适用于宏观、低速领域,故B、C、D都适

用,而研究微观世界的粒子?

?

电子的运动,经典力学不再适

用.知识点1经典力学的成就与局限性

艾萨克?

牛顿爵士是人类历史上出现过的最伟大、最有影响

的科学家之一,同时也是物理学家、数学家和哲

学家,晚年醉心于炼金术和神学.他在1687年7

月5日发表的不朽著作《自然哲学的数学原理》

里用数学方法阐明了宇宙中最基本的法则?

?

万

有引力定律和三大运动定律.这四条定律构成了图5-1-1一个统一的体系,被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成

就”,由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点,并成为

现代工程学的基础.

经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且

等价的其他力学原理,它是20世纪以前的力学,有两个基本假

定:

其一是假定时间和空间是绝对的,长度和时间间隔的测量

与观察者的运动无关,物质间相互作用的传递是瞬时到达的;

其二是一切可测量的物理量在原则上可以无限精确地加以测

定.1.经典力学的发展历程:

1伽利略之前:

人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或融合在

哲学之内,物理学就整体而言还没有成为独立的学科,在这个

阶段作出突出贡献的是阿基米德.

2从伽利略到牛顿:

这一阶段是经典力学从基本定律到建成理论体系的阶段.

为经典力学打下基础的物理学家有:

①伽利略:

发现了惯性定律、自由落体定律和力学相对性

原理,奠定了动力学的基础.

②笛卡儿:

在伽利略研究的基础上,第一次比较完整地表

述了惯性定律,并强调了伽利略没有明确表述的惯性运动的直

线性.

③惠更斯:

全面细致地解决了完全弹性碰撞问题.

④开普勒:

发现了行星运动定律.

⑤牛顿:

在前人研究的基础上,采用归纳与演绎、综合与

分析的方法,总结出一套普遍适用的力学运动规律?

?

牛顿运

动定律和万有引力定律,建立了完整的经典力学也称牛顿力学

或古典力学体系,物理学从此成为一门成熟的自然科学.3牛顿之后:

这一阶段主要是后人对经典力学的表述形式和应用对象进

行了拓展和完善.

①19世纪,经典力学的发展表现为一些科学家在不改变实

质的条件下,用新的、更简洁的形式重新表述牛顿运动定律,

形成了分析力学.

②经典力学由单个质点推广到多个质点所构成的系统,首

先建立了刚体力学,随后又出现了弹性力学、塑性力学、流体

力学等.2.经典力学的伟大成就:

1经典力学把天上的物体和地上的物体的运动统一起来,

从力学上证明了自然界的多样性的统一,实现了人类对自然界

认识的第一次理论大综合.

2在研究方法上,人们把经典力学中行之有效的实验和数

学相结合的方法推广到物理学的各个分支学科上,相继建立了

热学、声学、光学、电磁学等,从而形成了完整的经典物理学

体系.3经典力学与其他基础学科相结合产生了一些交叉性的

分支学科,最早的是与天文学结合产生的天体力学,成为现代

航空航天技术的理论基础,没有经典力学也就没有今天的空间

科学.

420世纪以来,出现了更多的与经典力学相结合的交叉学

科.

3.经典力学的局限性和适用范围:

1局限性:

①经典力学的应用受到物体运动速率的限制,当物体的速率接近光速时经典力学不再适用.当物体运动的速率接近于真

空中的光速时,经典力学的许多观念将发生重大变化.

②牛顿运动定律不适用于微观领域中物质结构和能量不连

续的现象.19世纪和20世纪之交,物理学的三大发现,即X射

线的发现、电子的发现和放射性的发现,使物理学的研究由宏

观领域进入微观领域,特别是20世纪初,量子力学的建立,出

现了与经典力学不同的新观念.

2适用范围:

经典力学只适用于低速运动的宏观物体.【例1】20世纪以来,人们发现了一些新的事实,而经典

力学却无法解释.经典力学只适用于解决物体的低速运动问题,

不能用来处理高速运动问题;只适用于宏观物体,一般不适用

于微观粒子,下列说法不正确的是

A.随着认识的发展,经典力学已成了过时的理论

B.人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的

C.不同领域的事物各有其本质与规律

D.人们应当不断地扩展认识,在更广阔的领域内掌握不

同事物的本质与规律解析:

人们对客观世界的认识要受到所处时代的客观条件

和科学水平的制约,所形成的看法也都具有一定的局限性,人

们只有不断扩展自己的认识,才能掌握更广阔领域的不同事物

的本质与规律;新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘

否定,只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情

形.

答案:

A【触类旁通】

1.下列说法中正确的是

B

A.牛顿运动定律就是经典力学

B.经典力学的基础是牛顿运动定律

C.牛顿运动定律可以解决自然界中的所有问题

D.经典力学可以解决自然界中的所有问题

解析:

经典力学包括的内容分为力、热、电、光、原子五

大部分,经典力学是以牛顿定律为基础的.知识点2经典时空观与相对论时空观

阿尔伯特?

爱因斯坦AlbertEinstein,美籍德国犹太裔,世

界十大杰出物理学家之一,现代物理学的开创者、集大成者和

奠基人.

相对论是关于时空和引力的基本理论,主

要由阿尔伯特?

爱因斯坦创立,依据研究的对

象不同分为狭义相对论和广义相对论.相对

图5-1-2

论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化,共同奠定

了近代物理学的基础.相对论Relativity的基本假设是相对性原理,即物理定律与

参照系的选择无关.狭义相对论SpecialRelativity和广义相对

论GeneralRelativity的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的

参照系惯性参照系之间的物理定律,后者则推广到具有加速

度的参照系非惯性系中,并在等效原理的假设下,广泛应用

于引力场中.相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱.

作为经典物理学基础的经典力学,不适用于高速运动的物体和

微观领域.相对论解决了高速运动问题;量子力学解决了微观

亚原子条件下的问题.相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常

识性”观念,提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、

“弯曲空间”等全新的概念.狭义相对论于1905年提出,广义

相对论于1915年提出.1.经典时空观:

1惯性系与非惯性系:

牛顿运动定律成立的参考系,称为惯性参考系,简称惯性

系;牛顿运动定律不成立的参考系,称为非惯性系.

2伽利略的相对性原理:

对于所有的惯性系,力学规律是相同的,或者说一切惯性

系都是等效的.3经典力学的时空观:

①绝对的真实的数学时间,就其本质而言,是永远均匀地

流逝的,与任何外界无关.绝对空间就其本质而言是与任何外

界事物无关的,它从不运动,并且永远不变.这就是经典力学

的时空观,也称为绝对时空观.

②几个具体结论:

a.同时的绝对性.

b.时间间隔的绝对性.

c.空间距离的绝对性.空间是绝对静止不动的即绝对空间,时间是绝对均匀变

化的即绝对时间,空间和时间跟任何外界物质的存在及其运

动情况无关.空间和时间也是彼此独立的.

2.相对论时空观:

1狭义相对论的两个基本假设:

①相对性原理:

在不同的惯性参考系中,一切物理规律都

相同.

②光速不变原理:

不管在哪个惯性系中,测得的真空中的

光速都相同.这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设,这两个假

设就是狭义相对论的基础.

2狭义相对论的几个结论:

①“同时”的相对性:

在一个惯性系中同时发生的两个事件,在另一个惯性系中

看来可能是不同时的,即“同时”是相对的.

②运动的时钟变慢:

时钟相对于观察者运动时,观察者会看到它变慢了,运动

速度越快,效果越明显.在运动参考系中的时间节奏变缓慢了,

一切物理过程、化学过程均变慢了.③运动的尺子缩短:

一根沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长

度小,而在垂直于运动的方向上,杆的长度没有变化.

④物体质量随速度的增大而增大:

物体运动时的质量比静止时的质量大,且速度越大,质量

越大,当速度接近光速时,质量趋于无穷大.【例2】属于狭义相对论基本假设的是:

在不同的惯性系

中

A.真空中的光速不变

B.时间间隔具有相对性

C.物体的质量不变

D.物体的能量与质量成正比

解析:

狭义相对论的基本假设有:

1相对性原理:

对于任

何惯性参考系,物理规律都是等价的;2光速不变原理:

对任

一惯性参考系,真空中的光速都相等.所以只有A项正确.

答案:

A【触类旁通】

2.在日常生活中,我们并没有发现物体的质量随着物体运

动速度的变化而变化,其原因是

B

A.运动中的物体无法称量质量

B.物体的速度远小于光速,质量变化极小

C.物体的质量太小

D.物体的质量不随速度的变化而变化

解析:

日常生活中的物体的速度都很小,远远小于光速,

所以质量变化很小,故B选项正确.忽略了经典力学与相对论的适用范围

经典力学的适用范围是宏观低速的物体;相对论的适用范

围是高速运动的物体,这个速度接近光速.

【例3】关于时间、长度和质量的测量,下列说法正确的

是

A.时间均匀流逝,物体的长度一定,它们与参考系的速

度无关

B.物体的质量是物体的固有属性,无论在哪一个参考系

中测量都是一样的C.物体的速度越小,质量就越大

D.无论是时间、长度,还是质量,其测量都与所选的参

考系的速度有关

错因:

忽略了经典力学和相对论的适用范围,无法判断物

理量在各惯性系中的变化情况.

正解:

只有在参考系的速度与光速相接近时,相对论效应

才明显.当物体的速度远小于光速时,尽管速度增加,但物体

的长度、质量以及其他变化过程所经历的时间都可以看成是不

变的.

答案:

D