高中物理必修二经典力学的局限性
《7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性》教学设计、导学案,同步练习
《7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性》教学设计参考系中大小都是相同的，两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中不一定也是同时的。
例如：假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。
车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。
（1）车上的观察者以车厢为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？（1）车下的观察者来说，以地面为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？甲参考答案：（1）如图甲所示：因为车厢是个惯性系，闪光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁。
根据爱因斯坦的假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，所以他以地面为参考系，闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的。
在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些即：闪光先到达后壁，后到达前壁因此，这两个事件不是同时发生的。
3、时间延缓效应如果相当于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ，则由于1－<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
4、长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间的关系是由于1－<1，所以总有l <l 0，此种情况称为长度收缩效应。
（1）式和（2）式表明：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。
这个结论具有革命性的意义，它所反映的时空观称作相对论时空观。
爱尔兰物理学家佛兹杰拉德提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的2)cv (2)cv(人看来并没有什么两样。
爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。
【高中物理】高中物理知识点：经典力学的局限性
【高中物理】高中物理知识点：经典力学的局限性
经典力学的局限性:
1、从低速到高速――狭义相对论：当物体运动的速度比真空中的光速小得多时，质量、时间和长度的变化很小，可以忽略，经典力学完全适用。
但如果物体运动速度可以和
光速相比较时，质量、时间和长度的变化就很大，经典力学就不再适用，狭义相对论阐述
了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。
2、从宏观到微观――量子力学：物理学研究深入到微观世界，发现微观粒子不但具
有粒子的性质，还能产生干涉、衍射现象。
干涉和衍射是波所特有的性质。
也就是说微观
粒子具有波动性。
这是牛顿经典力学无法解释的。
正是在这种情形下，量子力学应运而生，量子力学能够很好地解释微观粒子的运动规律。
3、从弱引力到强引力――广义相对论：天文观测发现行星的轨道并不严格闭合，它
们的近日点在不断地旋进。
这种现象称为行星的轨道旋进。
这是用牛顿万有引力定律无法
得到满意解释的。
爱因斯坦创立了广义相对论，根据广义相对论计算出的水星近日点的旋
进与天文观测能很好地吻合, 爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论，爱因
斯坦还根据广义相对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观
测所证实的。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
教科版高中物理必修第二册课后习题 第五章 经典力学的局限性与相对论初步 第四、五章测评
第四、五章测评(时间:75分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。
在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.下列描述的运动,牛顿运动定律不适用的是( A )A.研究原子中电子的运动B.研究“神舟十四号”飞船的高速发射C.研究地球绕太阳的运动D.研究飞机从北京飞往纽约的航线,并注意到低速和高速的标准是相对于光速,可判定牛顿运动定律适用于B、C、D中描述的运动,故选A。
2.(山东德州高一期末)如图所示,一质量为m的小滑块(可视为质点)从斜面上的P点由静止下滑,在水平面上滑行至Q点停止运动。
已知P点离水平面高度为h,小滑块经过斜面与水平面连接处时无机械能损失,重力加速度为g。
为使小滑块由Q点静止出发沿原路返回到达P点,需对小滑块施加一个始终与运动方向相同的拉力,则拉力至少对小滑块做功为( B )A.mghB.2mghC.2.5mghD.3mgh,设小滑块由P点到Q点,摩擦力做功为W,由动能定理有mgh+W=0,设小滑块由Q点到P点,拉力做功为W1,由动能定理有W1+W-mgh=0,联立解得W1=2mgh,故选B。
3.有一把长为L的尺子竖直放置,现让这把尺子沿水平方向以接近光的速度运行,运行过程中尺子始终保持竖直,那么我们此时再测量该尺子的长度将( C )A.大于LB.小于LC.等于LD.无法测量的,现在尺子在竖直方向没发生高速运动,由此可知它的长度将不变,故选项C正确。
4.(江苏淮安高一期末)如图所示,两个完全相同的小球P、Q分别与轻弹簧两端固定连接,开始时弹簧处于压缩状态。
某时刻将P、Q从距地面高h 处同时释放,下落到地面时P、Q间的距离等于释放时的距离,不计空气阻力,重力加速度为g,则( D )A.下落过程中P的机械能保持不变B.下落过程中P、Q的总机械能保持不变C.小球P落至地面时的速度v<√2ghD.当小球P的加速度最大时,P、Q的总机械能最小,P、Q组成的系统仅受到竖直向下的重力和弹力作用,系统机械能守恒;小球P除受重力外,还受弹簧弹力作用,所以下落过程中P的机械能不守恒,故A错误。
7-5 相对论时空观与牛顿力学的局限性 (教学课件)-高中物理人教版(2019)必修第二册
（钟慢效应）。
这一现象可以通过实验来验证：我们
能够在地面上探测到大气层上层产生的μ
子（曾被称为μ介子），如果没有钟慢效
应，那些μ子在到达地面之前就已经衰变
了。
钟慢效应(相对时间)： ∆ =
∆
− ( )
思考1：有一种基本粒子叫μ子，当它低速运动时，它的平均寿命是3.0μs，
绕地球一周，回到原处后，分别比静止在地面上
的钟慢59纳秒和快273纳秒。
实验结果与理论预言符合的很好，
这是相对论的第一次宏观验证。
相对论的思想实验：双生子佯谬
有一对双生兄弟，其中一人跨上一宇
宙飞船作接近光速的长程太空旅行，而另
一个则留在地球。结果当旅行者回到地球
后，我们发现他比留在地球上的兄弟更年
思考2：事实上到达地面的μ子，大多产生于距地面8km的高空，科学家
们根据经典理论，可以计算出每秒到达地面的μ子个数，但这个理论数值
小于实际观察到μ子个数，这是为什么呢？
由于钟慢效应，对于地面观察者
看来，μ子的平均寿命，已不是3.0μs
了，而是约为21μs，在这段时间内，
μ子可以飞行更远的距离，更多的μ子
的结果应该是：闪光先到达后壁，后到达前壁。
闪光先到达后方侧壁
时间不再是绝对的，而是相对的——同时性是相对的
相对时空观
（1）同时是相对的
在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一
个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来
也一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假
设，我们会得出“同时是相对的”这样一个结论。
是一样的。
迈克尔逊－莫雷实验(Michelson-Morley Experiment)，是
安徽省长丰县实验高级中学高中物理二教案：6.6经典力学的局限性
1、从低速到高速
请同学们阅读教材“从低速到高速"部分，回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成与两个公设。(低速到高速的概念，通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等，有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,这样的速度称为高速.)
质速关系是:在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即：其中Db为静止质量，m是物体速度为v时的质量,c是真空中的光速.例如:（1）v＝0.8c时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍，这时经典力学就不再适用了.（2）如地球以v＝30km／s的速度绕太阳公转时，m=l 010 lOlmo，它的质量增大十分微小，可以忽略不计。
长丰县实验高中2016 ~2017学年第二学期高一年级物理学科
集体备课教案
备课教师： 胡尔立
项目
内容
课题
6.6经典力学的局限性
修改与创新
教学
目标
1、知识与技能
(1)知道牛顿运动定律的适用范围;
（2)了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用；
（3）知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时.
讨论与交流
（1）实际的天文观测，行星的运行轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进,经典力学的解释令人满意吗?（用什么理论来圆满地进行了解释？按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符，经典力学也能作出一些解释，但是,水星旋进的实际观测值比经典力学的预言值多，经典力学的解释不能令人满意。）
速度合成与两个公设.一条河流中的水以相对河岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于河水的速度v船水顺流而下,在经典力学中，船相对于岸的速度即为v船岸=v船水+v水岸
高中物理必修二--6.6经典力学的局限性
4、经典力学的局限性与适用范围 ⑴经典力学的局限
①恒定的质量： 物体的质量与物体的运动状态无关， 始终恒定不变。
②绝对时空观：经典力学认为：时间与空间无关，时 、空与运动无关，是绝对的物理量。
（阅读课本P49科学漫步） 当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能
来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛 顿的悲剧。
20世纪20年代，建立了量子 力学，它能够正确地描述微 观粒子运动的规律性，并在 现代科学技术中发挥了重要 作用．
经典力学一般不适用于微观粒子．
3、从弱引力到强引力
万有引力属于弱引力．利用万有引力定律可以解 释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星， 首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规 律统一起来。
例题3：火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地 球发射一个光信号．火箭上测得光离开的速度是c， 根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球 上测得的光速是多少？根据狭义相对性原理呢？
0.25C、C
例题4：如果真空中的光速为c＝3.0×108 m/s ，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108
相对论与经典力学并不是互相对立的理论，它们能完
美的衔接。三个变换(称为洛仑兹变换)中：当v<<c
时：
t
t0 1 v
2
t0；l l0
1
v c
2
l
五、物理学架构
高速
狭义相对论
广义相对论
宏观低速
经典力学
量子力学
强引力 微观世界
像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真 理，它也有自己的局限性．
二、经典力学的局限性 1、从低速到高速
例如：在一个无限大的光滑水平面
人教版高中物理必修二课件：第六章 6.经典力学的局限性
律。
3.在经典力学中,物体的质量是不变的,而狭义相对论指出,质量
要随物体运动速度的增大而增大,即 m= 0 ,两者在速度远小于光
2
1- 2
速的条件下是统一的。
4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关,相对论认为,
同一过程的位移和时间的测量与参考系有关,在不同的参考系中
•5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/212021/11/212021/11/2111/21/2021
•7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍
界,有局限性。
相对论并没有否定牛顿建立的经典力学理论。经典力学理论是
相对论当 v≪c 时的结果。
一、
从低速到高速
知识精要
1.低速与高速的概念
(1)低速:远小于光速的速度为低速,通常所见物体的运动,如行
驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆
为低速运动。
(2)高速:有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,
动问题,经典力学已不再适用,需要用相对论知识来处理。
3.物体运动的速度对质量有影响吗?有何影响?
答案:(1)在经典力学中,物体的质量不随速度而变。
(2)爱因斯坦的狭义相对论指出,物体的质量随速度的增大而增
大,即 m= 0 ,其中 m0 为物体静止时的质量,m 是物体速度为 v 时的
2
1- 2
1.试举例说明何为低速,何为高速。
高中物理必修二知识点总结
高中物理必修二知识点总结物理知识来源于实践，特别是来源于观察和实验。
要认真观察物理现象，分析物理现象产生的条件和原因。
今天小编在这给大家整理了高中物理必修二知识点总结，接下来随着小编一起来看看吧!高中物理必修二知识点总结一.曲线运动1.曲线运动的位移：平面直角坐标系通常设位移方向与x轴夹角为α2.曲线运动的速度：①质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向②速度在平面直角坐标系中可分解为水平速度Vx及竖直速度Vy，V2=Vx2+Vy23.曲线运动是变速运动(速度是矢量，方向或大小任一的改变都会造成速度的变化，曲线运动中，速度的方向一定改变)4.物体做曲线运动的条件：物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上二.平抛运动(曲线运动特例)1.定义：以一定的速度将物体抛出，如果物体只受重力的作用，这时的运动叫做抛体运动，抛体运动开始时的速度叫做初速度。
如果初速度是沿水平方向的，这个运动叫做平抛运动2.平抛运动的速度：①水平方向做匀速直线运动初速度V0即为Vx一直保持不变②竖直方向做自由落体运动 Vy=gt③合速度：V2=Vx2+Vy2=V02+(gt)2 方向:与X轴的夹角为θ tanθ=Vy/V0=gt/V03.平抛运动的位移：①水平方向 X=V0t②竖直方向y=1/2gt2 ③合位移S2=x2+y2=(V0t)2+(1/2gt2 )2 方向：与X轴夹角为α tanα=y/x=V0t/?gt2=2V0/gt三.圆周运动1.线速度V：①圆周运动的快慢可以用物体通过的弧长与所用时间的比值来量度该比值即为线速度②V=Δs/Δt 单位：m/s③匀速圆周运动：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等(tips:方向时时改变)2.角速度ω：①物体做圆周运动的快慢还可以用它与圆心连线扫过角度的快慢来描述，即角速度② 公式ω=Δθ/Δt (角度使用弧度制) ω的单位是rad/s3.转速r：物体单位时间转过的圈数单位：转每秒或转每分4.周期T：做匀速圆周运动的物体，转过一周所用的时间单位：秒S5.关系式：V=ωr(r为半径) ω=2π/T6.向心加速度①定义：任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心，这个加速度叫做向心加速度②表达式a=V2/r=ω2r=(4π2/T2)r=4π2f2r=4π2n2r(n指转过的圈数)方向：指向圆心7.向心力F=mV2/r=mω2r=m(4π2/T2)r=4π2f2mr=4π2n2mr 方向：指向圆心8.生活中的圆周运动①铁路的弯道：②拱形桥：(1)凹形：F向=FN-G 向心加速度的方向竖直向上(2)凸形：F向=G-FN 向心加速度的方向竖直向下③航天器失重：航天员受到地球引力与飞船座舱的支持力，合力提供绕地球做匀速圆周运动的所需的向心力mg-FN=mv2/R v=√gR 时FN=0 航天员处于失重状态④离心运动(逐渐远离圆心)：(1)做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿切线方向飞去的倾向。
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三
狭 义 相 对 论 的 基 本 原 理
1、相对性原理
一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描述物 理规律都是等价的。或在所有惯性系中,物理规 律都具有相同的形式。
不论用什么方法都找不到绝对参照系, 即根本不存在绝对参照系,一切惯性系都是 平权的。
这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。
同时的相对性1.swf
Einstein
同时的相对性2.swf
现代时空 的创始人
爱因斯坦火车: B
中点
同时到达A、B
A
K’系
C
先到B点 再到B A点
D
K系
中点
A
K’系
C
D
K系
火车上的观测者说:光源在AB的中点,应同时到达A、B
两点,地面上的人看见先到达B点，后到A点。
1、相对时间
狭义相对论认播, 地球上的人测得光速多大？
按运动合成得: c c u 3 0 2 0 5 0 Km/s
实际测得:
cc30Km/s
讨论 1)爱因斯坦理论是牛顿理论的发展
一切物 理规律
力学规律
2)光速不变原理适用的条件: A）惯性系；B）真空中(介质中的光速C = C/n)
Einstein 对相对论的解释: 当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时,你 感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一分钟 ,就好象坐了一小时,这就是相对论。
他剖析自己的科学感受时说：
“人只有献身社会,才能找出那实际 上是短暂而又有风险的生命的意义”!
“照亮我的道路,并不断给我新 的勇气去愉快地正视生活理想的 是善、是美、是真”。
t 的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的） t 0 线性运动速度的加快，时间会变慢。使用同步原子
钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地
2 面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式
飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个
v 稍微快一点。 1 c 时钟变慢1.swf
“ 科学的头脑就是去怀疑, 去证实, 去发现的精神! ”
Albert Einstein
世纪伟人
相对论好象是：“光彩夺目的火箭， 它瞬在间黑一暗别的路夜漫空漫，，突但然觉划未出过一光道速道关十。 分钟强尺烈合的须光静辉里，用照，亮云了山广偏阔向的动未中知看领。 域时。空”相对非虚语—，—质德能布并罗增意岂等闲。
提出问题：
1、速度有无极限。
2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。
3、时间和空间是否是绝对一成不变的。
4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么 还要提出相对论。相对论是否全盘否定了牛顿的经典 力学理论。
古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋 没风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大 旗飘扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生 命，蓬勃成长。科学巨匠N.哥白尼、第谷、 J.开普勒、伽利略以及R.笛卡尔等先后驰名 于欧洲。一场科学革命冲破了中世纪封建势 力和经院哲学的层层罗网，不断取得胜利。
权将电波传信息，只缘相见难上难。
则看到石头是沿抛物线落到地面上的．现在问：石 头所经过的各个“位置”是“的确”在一条直线上，
还借是助在于一这条抛一物实线例上可的以呢清？楚地知道不会有独 立存在的轨线（“路程——曲线”）；而 只有相对于特定的参考物体的轨线．
二、经典力学受速度限制的分析
牛伽顿利力略学和的牛绝顿对的绝时对空时观空观认为，同一物体运 并动 测由的量于绝时结它对间果的的和是本，长相性真度同（ 的而正位 。均的移匀和）的数在与学不任的同何时的外间参考界自系对己中象流，无逝关着 的流逝着。 ——牛顿
经典力学中的空间和时间
一力、学对的牛目顿的运在于动描定述律物受体参在考空系间限中的制位的置认如识何
随“时间”而改变． 这里，“位置”和“空间”应如何理解是
不清楚的．设一列火车正在匀速地行驶，我站在车 厢窗口松手丢下（不是用力投掷）一块石头到路基
上是可.沿见那直，么线在，落非如下果惯的不性．计系从空中人气行，阻道牛力上顿的观定影察响律这，不一我再举看成动见的立石行。头人
牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体
系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济 和科学文化新变革的时代诞生的。
17 世纪牛顿力学 构成了体系 . 可以说， 这是物理学第一次伟 大的综合 . 牛顿建 立了两个定律，一个 是运动定律，一个是 万有引力定律，并发 展了变量数学微积分， 具有解决实际问题的 能力 . 他开拓了天 体力学这一科学，海 王星和冥王星的发现 就充分显示了这一点 .
其长度将会缩短为零。
长度收缩1.swf
长度收缩2.swf
相对质量
物体运动时的质量与静止质量的关系
m
m0
1
v c
2
2、光速不变原理
对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播 的光速都相同,且与光源的运动状态无关。
即谁测真空中的光速都是c ,与惯性系的选择及光源无关。
例：宇宙飞船以20万 km/s的速度飞行, 人在飞船上向前发一束
相对长度
爱尔兰物理学家乔治·佛兹杰拉德
（向1上85收1─缩─（19缩01）小提）出，，这物意质味会着在根运据动一的个方静2
v 止观察者的观点，一枚以接近光线运行的 L L • 1 火尽箭管所 乘表坐现火出箭0的的长人度看会来比并它没静有止什时么更两短样，。 c 爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，
绝对空间，就其本质来说，独立于外界任 何事物，总是始终如一和静止不动的。
——牛顿
1632年,Galileo在“萨尔瓦阿 蒂”大船上做过的实验：
伽利略相对性原理 :
在彼此作匀速直线运动的惯 性系中，一切力学现象都具 有相同的规律。
“萨尔瓦阿弟”大 船
牛190顿5年的，局限出生于德国的美籍物理 学家1)绝阿对尔时伯空特观·爱因斯坦 （18认79为─时─间1与95空5）间发无表关，了时狭空义与相运动 无对关论，。是这绝个对的理物论理指量出。在宇宙中 就 花唯速只费一度好 了2)不，当用 后变其一上 半些的它帝生问的的是任题万心光何牛能血线事顿来，在物解解这释真─释正不， 是空─了为 牛中速时此 顿的度，牛 的、它顿 悲 剧长。度、质量和经过的时间，都 随观察者的参考系（特定观察）