牛頓力學(xué)的成就與局限性相對(duì)論時(shí)空觀宇宙起源和演化理物JY1.知道光速不變?cè)?，了解相?duì)論的時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng)2．知道牛頓力學(xué)的成就和局限性，了解物理學(xué)發(fā)展的歷史3．了解宇宙模型和宇宙的演化過(guò)程4．知道黑洞及宇宙大爆炸理論學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)導(dǎo)圖1．牛頓力學(xué)時(shí)空觀河水相對(duì)岸的速度為v水岸，船相對(duì)水的速度為v船水，則船相對(duì)岸的速度為_(kāi)________________．2．相對(duì)論時(shí)空觀(1)光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中大小都是________的．相對(duì)論時(shí)空觀v船岸＝v船水＋v水岸相同預(yù)習(xí)新知(2)時(shí)間延緩效應(yīng)：相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ，而地面上的人觀察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δt，則Δt＝___________.(3)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)：與桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l0，沿著桿的方向以v相對(duì)桿運(yùn)動(dòng)的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l，則l＝____________.【答案】不變．思考：參考系變化了，光速是否會(huì)變化？假設(shè)地面上有一火車(chē)以接近光速的速度運(yùn)行，車(chē)內(nèi)站立著一個(gè)中等身材的人，站在路旁的人觀察車(chē)?yán)锏娜?，觀察的結(jié)果是(　　)A．這個(gè)人是一個(gè)矮胖子 B．這個(gè)人是一個(gè)瘦高個(gè)子C．這個(gè)人矮但不胖 D．這個(gè)人瘦但不高【答案】D【解析】根據(jù)長(zhǎng)度的相對(duì)性，相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度減小，垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度不變，所以這個(gè)人瘦但不高，D正確．練一練：1．牛頓力學(xué)的成就從地面上各種物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)，都遵循____________的規(guī)律．2．牛頓力學(xué)的局限性牛頓力學(xué)適用于________、________運(yùn)動(dòng)的物體而不適用于______、高速運(yùn)動(dòng)的物體．牛頓力學(xué)的成就與局限性牛頓力學(xué)宏觀低速微觀【答案】沒(méi)有．它們各自有適用范圍．思考：相對(duì)論與量子力學(xué)否定了牛頓力學(xué)嗎？(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　)A．研究鉛球的運(yùn)動(dòng)，可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式B．研究電子的運(yùn)動(dòng)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式C．研究電子運(yùn)動(dòng)要用狹義相對(duì)論原理，研究鉛球運(yùn)動(dòng)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律D．研究鉛球和電子的運(yùn)動(dòng)都要用牛頓運(yùn)動(dòng)定律練一練：【答案】AC【解析】以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典物理學(xué)處理低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)完美的，但對(duì)于高速的微觀的運(yùn)動(dòng)就無(wú)能為力了．顯然，鉛球的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解決，電子的運(yùn)動(dòng)則不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解決，而要用狹義相對(duì)論原理來(lái)解決．本題主要考查經(jīng)典物理學(xué)的適用范圍，A、C正確．1．1929年，美國(guó)天文學(xué)家________通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的星系在彼此遠(yuǎn)離，這為動(dòng)態(tài)宇宙模型觀點(diǎn)提供了有力的證據(jù)．2．2015年，LIGO探測(cè)到引力波，打開(kāi)了宇宙研究的新窗口，同時(shí)也再次印證了愛(ài)因斯坦的______________．宇宙起源與演化哈勃廣義相對(duì)論如圖所示，一列火車(chē)沿平直軌道飛快地勻速行駛，車(chē)廂中央的光源發(fā)出一個(gè)閃光．思考以下問(wèn)題：相對(duì)論時(shí)空觀課堂探究(1)甲圖中，車(chē)廂內(nèi)的觀察者以車(chē)廂為參考系，觀察到閃光是否同時(shí)到達(dá)前后兩壁？(2)乙圖中，車(chē)下的觀察者以地面為參考系，觀察到閃光是否同時(shí)到達(dá)前后兩壁？【答案】(1)是．(2)不同時(shí)，閃光先到達(dá)后壁．精練1　一個(gè)時(shí)鐘，在它與觀察者有不同相對(duì)速度的情況下，時(shí)鐘的頻率是不同的，它們之間的關(guān)系如圖所示．由此可知，當(dāng)時(shí)鐘和觀察者的相對(duì)速度達(dá)到0.6c(c為真空中的光速)時(shí)，時(shí)鐘的周期大約為_(kāi)_______．在日常生活中，我們無(wú)法察覺(jué)時(shí)鐘周期變化的現(xiàn)象，是因?yàn)橛^察者相對(duì)于時(shí)鐘的運(yùn)動(dòng)速度________．若在高速運(yùn)行的飛船上有一只表，從地面上觀察，飛船上的一切物理、化學(xué)過(guò)程和生命過(guò)程都變________(選填“快”或“慢”)了．【答案】5 s　太小　慢【解析】通過(guò)分析題中圖像，當(dāng)相對(duì)速度為0.6c時(shí)，時(shí)鐘的頻率為0.4 Hz，其周期為2.5 s．時(shí)鐘變慢效應(yīng)只有當(dāng)相對(duì)速度比較大時(shí)，才有明顯的相對(duì)論效應(yīng)．人類生活在低速宏觀世界中，很難觀察到愛(ài)因斯坦的相對(duì)論效應(yīng)．無(wú)法察覺(jué)時(shí)鐘周期變化的現(xiàn)象，是因?yàn)橛^察者相對(duì)于時(shí)鐘的運(yùn)動(dòng)速度太慢．變式1　(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測(cè)這兩只鐘的快慢，下列說(shuō)法正確的有(　　)A．飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快B．飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢C．地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快D．地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較慢【答案】AC【解析】由狹義相對(duì)論的“鐘慢效應(yīng)”原理可知，飛船上的人觀測(cè)到地球上的鐘比飛船上慢，地球上的人觀測(cè)到飛船上的鐘比地球上慢，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤．(1)由于日常生活中相對(duì)速度比較小，和光速相比可以忽略不計(jì)，故觀察不到明顯的相對(duì)論效應(yīng)．(2)時(shí)鐘變慢效應(yīng)中的相對(duì)速度的大小都是針對(duì)光速來(lái)說(shuō)的．總結(jié)：1．經(jīng)典力學(xué)只適用于處理物體的低速運(yùn)動(dòng)(v?c)．2．經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中能量不連續(xù)的運(yùn)動(dòng)．3．經(jīng)典力學(xué)規(guī)律只在慣性參考系中成立——經(jīng)典力學(xué)規(guī)律只能用于宏觀、低速(與光速相比)的情形，且只在慣性參考系中成立．經(jīng)典力學(xué)(牛頓力學(xué))的適用范圍精練2　(多選)20世紀(jì)以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無(wú)法解釋．經(jīng)典力學(xué)只適用于解決物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子．這說(shuō)明(　　)A．隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)已成了過(guò)時(shí)的理論B．人們對(duì)客觀事物的具體認(rèn)識(shí)在廣度上是有局限性的C．不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律D．人們應(yīng)當(dāng)不斷擴(kuò)展認(rèn)識(shí)，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律【答案】BCD【解析】人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)要受到所處的時(shí)代的客觀條件和科學(xué)水平的制約，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人們只有不斷擴(kuò)展自己的認(rèn)識(shí)，才能掌握更廣闊領(lǐng)域內(nèi)的不同事物的本質(zhì)與規(guī)律．新的科學(xué)的誕生并不意味著對(duì)原來(lái)科學(xué)的全盤(pán)否定，只能認(rèn)為過(guò)去的科學(xué)是新的科學(xué)在一定條件下的特殊情形．變式2　以下說(shuō)法正確的是(　　)A．經(jīng)典力學(xué)理論普遍適用，大到天體，小到微觀粒子B．相對(duì)論與量子力學(xué)否定了經(jīng)典力學(xué)理論C．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變D．經(jīng)典力學(xué)理論具有一定的局限性【答案】D【解析】經(jīng)典力學(xué)理論適應(yīng)于宏觀物體，不適應(yīng)微觀粒子，故A錯(cuò)誤；相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，而是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，有各自成立范圍，故B錯(cuò)誤；在相對(duì)論中，物體的質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變，在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；經(jīng)典力學(xué)理論具有一定的局限性，對(duì)高速微觀粒子不適用，故D正確．宇宙的起源與演化2．恒星的穩(wěn)定期當(dāng)溫度超過(guò)107 K時(shí)，氫通過(guò)熱核反應(yīng)成為氦，釋放的核能主要以電磁波的形式向外輻射．輻射產(chǎn)生的向外的壓力與引力產(chǎn)生的收縮壓力平衡，這時(shí)星核穩(wěn)定下來(lái)，恒星在這一階段已停留了50億年．太陽(yáng)目前正處于這一階段的中期，要再過(guò)50億年才會(huì)轉(zhuǎn)到另一個(gè)演化階段．3．恒星的衰老當(dāng)恒星核心部分的氫大部分聚變?yōu)楹ひ院?，核反?yīng)變?nèi)?，輻射壓力下降，星核在引力作用下再次收縮．這時(shí)引力勢(shì)能產(chǎn)生的熱將使溫度升得更高，于是發(fā)生了氦核聚合成碳核的聚變反應(yīng)．類似的過(guò)程一波接一波地繼續(xù)下去，出現(xiàn)了氧、硅，直到鐵等更重的元素．恒星在這個(gè)階段要經(jīng)歷多次膨脹與收縮，光度也發(fā)生周期性的變化．當(dāng)各種熱核反應(yīng)都不再發(fā)生時(shí)，由熱核反應(yīng)維持的輻射壓力也消失了，星體在引力作用下進(jìn)一步收縮，中心密度達(dá)到極大．4．恒星的歸宿恒星最終歸宿與恒星的質(zhì)量大小有關(guān)：當(dāng)恒星的質(zhì)量小于1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，演變?yōu)榘装?；?dāng)恒星的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的1.4～2倍時(shí)，可能演變?yōu)橹凶有?；?dāng)恒星的質(zhì)量更大時(shí)，可能演變?yōu)楹诙矗?　關(guān)于宇宙和恒星的演化，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．宇宙已經(jīng)停止演化B．恒星在主序星階段時(shí)停留時(shí)間最長(zhǎng)、最穩(wěn)定C．恒星最終都會(huì)演化為黑洞D．恒星最終演化為中子星【答案】B【解析】目前宇宙的演化仍在進(jìn)行，A錯(cuò)誤．恒星在主序星階段時(shí)停留時(shí)間最長(zhǎng)、最穩(wěn)定，B正確．根據(jù)最終質(zhì)量的不同恒星最終演化為白矮星或中子星或黑洞，C、D錯(cuò)誤．【答案】2.95 km1．牛頓定律的適用范圍是(　　)A．宏觀物體、低速運(yùn)動(dòng) B．微觀物體、低速運(yùn)動(dòng)C．宏觀物體、高速運(yùn)動(dòng) D．微觀物體、高速運(yùn)動(dòng)【答案】A【解析】牛頓定律僅適用于宏觀、低速物體的運(yùn)動(dòng)．這是牛頓定律的局限性．故A正確．課堂探究2．關(guān)于宇宙起源，根據(jù)大多數(shù)宇宙科學(xué)家的認(rèn)定，你認(rèn)為下列說(shuō)法正確的是(　　)①宇宙誕生于距今約137億年的一次大爆炸②大爆炸是整體的，涉及宇宙的全部物質(zhì)及時(shí)間、空間③大爆炸導(dǎo)致宇宙空間處處膨脹，溫度則相應(yīng)下降④宇宙溫度下降至一定程度，逐步形成超星系團(tuán)、星系團(tuán)、星系及恒星、行星等．A．①②③　 B．①③④ C．②④　　D．①②③④【答案】D【解析】關(guān)于宇宙的起源，人類現(xiàn)在認(rèn)同“大爆炸”理論；該理論認(rèn)為，宇宙在最開(kāi)始時(shí)是熾熱的“原始火球”，距今約137億年前，原始火球發(fā)生了大爆炸；大爆炸是整體的，涉及宇宙的全部物質(zhì)及時(shí)間和空間；宇宙空間在膨脹中，溫度相應(yīng)下降，最終當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，形成了現(xiàn)在的超星系團(tuán)、星系團(tuán)、星系及恒星、行星等，故以上說(shuō)法均正確．3．(多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，說(shuō)法正確的是(　　)A．狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是相互對(duì)立、互不相容的兩種理論B．在物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用狹義相對(duì)論理論，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)適用牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的 【答案】BC【解析】首先必須知道，經(jīng)典力學(xué)解決低速宏觀問(wèn)題，高速問(wèn)題應(yīng)由狹義相對(duì)論解決，強(qiáng)引力場(chǎng)問(wèn)題應(yīng)由廣義相對(duì)論解決，微觀問(wèn)題應(yīng)由量子力學(xué)解決．相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，而是認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論理論在一定條件下的特殊情況，故A、D錯(cuò)誤，B、C正確．4．靜止長(zhǎng)度為2 m的物體，以0.8c的速度沿長(zhǎng)度方向相對(duì)某觀測(cè)者勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，此觀測(cè)者測(cè)量該物體的長(zhǎng)度為_(kāi)_______ m.【答案】1.2看觀謝謝

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