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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
知识目标 1.知道经典力学的局限性和适用范围． 2．了解经典时空观及其基本推论． 3．了解狭义相对论的理论基础及相对论时空观的几个推论. 核心素养 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就． 2．了解经典力学在科学研究和生产技术上的广泛应用． 3．了解相对论时空观，体会科学理论是不断发展和完善的.
一、经典力学的局限性和适用范围
1．经典力学的适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用． 2．经典力学的局限性
(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动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)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象． 二、经典时空观与相对论时空观 1．经典时空观 (1)惯性系与非惯性系：
①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系． ②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系． (2)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的． (3)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变．
(4)经典时空观的几个具体结论： ①同时的绝对性； ②时间间隔的绝对性； ③空间距离的绝对性； ④物体质量恒定不变．
即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关． 2．相对论时空观
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(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾． (2)狭义相对论的两条基本假设：
①相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的． 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． (3)相对论时空观
①“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的．
②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢．运动速度越快，效果越明显．
③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短． ④物体质量随速度的增加而增大．
1．判断下列说法的正误．
(1)牛顿运动定律适用于任何参考系．(×) (2)经典时空观认为时间间隔是绝对的．(√) (3)经典时空观认为物体的质量是绝对的．(√)
(4)不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的．(×) 2．(多选)下列服从经典力学规律的是( ) A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动 B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船 C．物体运动的速率接近于真空中的光速 D．能量的不连续现象 答案 AB
解析 经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误；能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.
一、经典力学与相对论的比较
如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体．请思考：
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图1
(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？ (2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？
答案 (1)质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进行研究． (2)中子星的引力规律属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进行研究．
1．区别：
比较项 形成时期 适用范围 速度对质量的影响 速度的合成 2.联系：
(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别． (2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形． 例1 下列说法正确的是( )
A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变 B．狭义相对论和经典力学是完全不同相互矛盾的两个理论
C．物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律 D．以上说法都是错误的 答案 C
解析 在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A错误；狭义相对论没有否定经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B错误；经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速的速度运动时所遵循的规律，选项C正确．
针对训练1 (多选)牛顿运动定律能适用于下列哪些情形( ) A．研究原子中电子的运动
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经典力学 物理学形成的初期阶段，受历史发展限制，理论较肤浅、片面 低速运动、宏观世界，弱引力作用 物体的质量不随其速度的变化而变化 时间与空间互不相干，关系式v船岸＝v船水相对论 形成于物理学充分发展的现代，理论较完善、科学 任何情况都适用 物体的质量随其速度的增加而变大 速度与位移、时间的测量有关，v船岸＝v船水＋v水岸不成立 ＋v水岸成立
2024高中物理 第五章 第一节第二节 经典时空观与相对论时空观学案 粤教版必修2
