《2021-2022学年高一物理备课帮导学案（人教版2019必修第二册）》7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（解析版）

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§7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
使用说明及学法指导（正确的方法会取得事半功倍的效果！）
1．首先明确“知识必备”中的两个知识点；然后再通读教材，查找资料，完成“教材助
读”中的问题；
2．完成时间：20 分钟。
知识必备（你准备好了吗？）
1.运动的合成与分解
2.万有引力的理论成就
教材助读（问题引领方向！）
目标展示
〖教学目标〗
1 ．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围．
2 ．知道相对论、量子力学和经典力学的关系．
〖核心素养〗
物理观念：了解相对论 - 量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。
科学思维：经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义．
科学探究：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是
无止境的．
科学态度与责任：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的
变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神．
〖教学重点与难点〗
重点：了解经典力学的局限性
难点：了解相对论、量子力学与经典力学的关系
预习案
1．了解时间延缓效应, 长度收缩效应
2．理解牛顿力学的成就与局限性
预习检测（检测有助于查找存在的问题和不足！）
1.有两个对准的标准钟,一个留在地面上,另一个放在高速飞行的飞船上,则下列说法正确的
是 (
　　
)
A.飞船上的人看到飞船内的钟比地面上的钟走得慢
B.地面上的人看到地面上的钟比飞船上的钟走得慢
C.地面上的人看到地面上的钟比飞船上的钟走得快
D.因为是两个对准的标准钟,所以两钟走时快慢相同
【答案】C
　
【解析】基于爱因斯坦的两个假设,可得到时间的延缓效应,故地面上的人看到飞船上的钟
变慢了,飞船上的人以自己为参考系,认为地球在高速运动,故看到地球上的钟变慢了,故 C
正确。
2
.
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
l
0,不管杆如何运动,杆的长度均小于
l
0
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
【答案】C
　
【解析】若杆沿垂直于自身长度的方向运动,它的长度将不变,选项 C 不正确。
3.以约8 km/s 的速度运行的飞船上，一只完好的手表走过 1 h，地面上的时钟显示的时间__
______(填“大于”“等于”或“小于”)1 h.
【答案】大于
4.判一判
(1)运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的 μ子的寿命变长.(　　)
(2)沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短.(　　)
(3)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了.(　　)
(4)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用.(　　)
(5)当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了.(　　)
(6)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用.(　　)
【答案】√√××√×
我的疑问（发现问题比解决问题更重要！）
请将预习中未能解决的问题和疑问写下来，待课堂上与老师和同学探究解决。
质疑探究（质疑解疑，合作探究）
探究点一：相对论时空观
例1.在静止坐标系中的正立方体边长为 l0，另一坐标系以相对速度 v平行于正立方体的一
边运动.问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？
【答案】l03
【解析】本题中正立方体相对于另一坐标系以速度 v运动，一条边与运动方向平行，则坐
标系中观察者测得该条边的长度为 l＝l0
测得立方体的体积为V＝l02l＝l03.
针对训练 1：假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，
站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是(　　)
A.这个人是一个矮胖子
B.这个人是一个瘦高个子
C.这个人矮但不胖
D.这个人瘦但不高
【答案】D
【解析】　取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据长度收缩效应
人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选 D.
针对训练 2：话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度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，则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，在其上时间进程就越慢，生理过程也越慢
探究案
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