5.1 经典力学的成就与局限性、5.2经典时空观与相对论时空.

2020/2/10第5章经典力学与物理学革命2020/2/10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2020/2/10核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案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标定位2020/2/10•课标定位•学习目标：1.了解经典力学的成就和局限性．•2．知道经典力学时空观的有关内容．•3．知道狭义相对论的两个假设和有关结论．•4．能用狭义相对论的有关原理简要分析有关现象．•重点难点：狭义相对论的两个假设．2020/2/10课前自主学案一、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科学．(在这个阶段作出突出贡献的是阿基米德)2020/2/10•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．•为经典力学打下重要基础的物理学家有：•(1)伽利略：发现了惯性定律、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．2020/2/10•(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，采用了______与______、______与______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________________，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．归纳演绎综合分析万有引力定律2020/2/10•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．•(1)19世纪，经典力学的发展表现为一些科学家在不改变_____的条件下，用新的、更简洁的形式重新表述了牛顿运动定律，形成了分析力学．•(2)经典力学由单个质点推广到________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．实质多质点2020/2/10•二、经典力学的伟大成就•1．经典力学把__________和地上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____________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．天上物体实验和数学2020/2/10•3．经典力学与其他基础科学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__________，成为现代高度发达的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．•4．20世纪以来，出现了更多的与经典力学相结合的交叉学科．天体力学2020/2/10•思考感悟•经典力学的建立，把人类对整个自然界的认识推进到一个新的水平，那么，经典力学对人们的思想观念和近代自然科学的发展产生了怎样的影响？对科学技术的发展和社会文明的进步起了怎样的作用？•提示：深刻而广泛的影响很大的促进作用2020/2/10•三、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___________的限制．当物体的速率接近_____时经典力学不再成立．•(2)牛顿运动定律不适用于_____领域中物质结构和能量不连续的现象．•2．适用范围•经典力学只适用于_____运动的_____物体．运动速率光速微观低速宏观2020/2/10•四、经典时空观•1．惯性系与非惯性系•定义：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•概述：对于所有的惯性系,力学规律是________,或者说一切惯性系都是________．相同的等效的2020/2/10•3．经典力学的时空观•(1)概述：绝对的真实的数学时间,就其本质而言，是永远均匀地流逝，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•①______的绝对性．•②______间隔的绝对性．•③__________的绝对性．同时时间空间距离2020/2/10•五、相对论时空观•1．狭义相对论的两个假设•(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都相同——________原理．•(2)不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同——__________原理．•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．相对性光速不变2020/2/10•2．狭义相对论的几个结论•(1)“同时”的________；•(2)运动的时钟______；•(3)运动的尺子______；•(4)物体质量随速度的增加而______．相对性变慢缩短增大2020/2/10核心要点突破一、经典力学的局限性和适用范围1．经典力学的应用受到物体运动速率的限制．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．2020/2/10•特别提醒：(1)宏观世界粒子的运动特点：粒子具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确预测质点在某时刻的位置．•(2)微观世界粒子的运动特点：就单个粒子而言，运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性．2020/2/10即时应用(即时突破，小试牛刀)1．(单选)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．人们应当不断的扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律2020/2/10•解析：选A.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，所以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．2020/2/10二、经典时空观与相对论时空观1．经典力学的时空观(1)空间是绝对静止不动的(即绝对空间)，时间是绝对不变的(即绝对时间)．(2)空间和时间跟任何外界物质的存在及其运动情况无关．(3)空间是三维欧几里得空间，时间是一维的，空间和时间彼此独立．2020/2/10•2．狭义相对论的几个结论•(1)“同时”的相对性•对于光速不变的原理的证明，首先对“同时”这个概念进行了研究：在一个惯性系中同时发生两个事件，在另一个惯性系中可能是不同时的，即“同时”是相对的．2020/2/10•(2)运动的时钟变慢(钟慢效应)•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．即运动的时钟变慢．在运动参考系中的时间节奏变缓慢了.(一切物理过程、化学过程乃至观察者自己的生命节奏均变慢了)日常生活中的时间延缓效应可以忽略，在运动速度接近光速时,则变得特别重要．2020/2/10•(3)运动的尺子缩短(尺缩效应)•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，而在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化.•(4)物体的质量随速度的增加而增大•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．2020/2/10•特别提醒：相对论的研究对象是超越我们日常经验的高速运动世界和广阔的宇宙，这是我们难以理解相对论的主要原因．当速度很大时，长度和时间都跟着变化了，这时对宇宙的看法也必然要变化，长度和时间与物质是紧密相关的，是不能离开物质而独立存在的．2020/2/10•即时应用(即时突破，小试牛刀)•2．(单选)如图5－1－1所示，世界上有各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟、生物钟，既然运动可以使某一种钟变慢．它一定会使所有的钟都一样变慢．这种说法是()•图5－1－12020/2/10•A．对的，对各种钟的影响必须相同•B．不对，不一定对所有钟的影响都一样•C．光钟受影响最大•D．生物钟不受影响2020/2/10•解析：选A.将不同类型的两架钟调整到速度相同，并将它们密封在一个盒子中，再让该盒子以匀速运动．如果运动对一架钟的影响比另一架大，则坐在盒子里的人就能看到两架钟的差别，因而可以知道盒子是在运动，显然这违反了相对论的基本原理：一个密闭在盒子中的人是无法辨认自己是处于静止状态，还是匀速运动状态的，所以一架钟变慢时，所有钟必定都变慢，且变慢的程度一定严格相同．正确答案选A.2020/2/10课堂互动讲练经典力学的局限性和适用范围(双选)19世纪和20世纪之交，经典物理学已达到了完整、成熟的阶段，但“在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云”,人们发现了经典物理学也有无法解释的实验事实,“两朵乌云”是指()A．宏观问题B．高速问题C．微观问题D．低速问题例12020/2/10•【精讲精析】由伽利略和牛顿创立的经典力学及物理学的各个分支，在19世纪相继进入鼎盛时期，它的完美和威力使物理学家深信，天地四方、古往今来的一切现象都能够用经典力学来描述．但是当人们用经典力学来解释原子内部结构的微观世界和接近光速的高速运动的物体时，发现与实际情况有很大的出入，这令许多物理学家感到困惑，成为“令人不安的乌云”．故选项B、C正确．•【答案】BC2020/2/10(单选)(2010年高考北京卷)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狭义相对论的两个基本假设例22020/2/10•【精讲精析】狭义相对论的基本假设有：(1)狭义相对论的相对性原理：一切彼此做匀速直线运动的惯性参考系，对于描写运动的一切规律来说都是等价的；(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】A2020/2/10•(单选)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()•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相对论效应例32020/2/10•【精讲精析】日常生活中见到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．•【答案】B2020/2/10•【方法总结】按照牛顿力学，物体的质量是不变的，因此一定的力作用在物体上，产生的加速度也是一定的，这样，经过足够长的时间以后物体就可以达到任意大的速度．但是相对论告诉我们，由于物体的质量随速度的增大而增大，因此物体的运动速度不能无限增大．2020/2/10本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放谢谢使用