人教版選修34 相對論的誕生 時間和空間的相對性 第1課時 學(xué)案.docx

15.1相對論的誕生15.2時間和空間的相對性學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解經(jīng)典的相對性原理。2.知道狹義相對論的兩個基本假設(shè)。3.理解“同時”的相對性。 4.了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主要區(qū)別，體會相對論時空觀對人類認(rèn)識世界的影響。重點：狹義相對論的兩個基本假設(shè)。難點：了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主要區(qū)別預(yù)習(xí)新課：一、經(jīng)典相對性原理與狹義相對論的兩個基本假設(shè)活動與探究11如何理解經(jīng)典相對性原理？2對光速不變原理如何理解？遷移與應(yīng)用1如圖所示，地面上a、b兩個事件同時發(fā)生。對于坐在火箭中沿兩個事件發(fā)生地點連線飛行的人來說，哪個事件先發(fā)生？力學(xué)的相對性原理和狹義相對性原理的區(qū)別（1）力學(xué)的相對性原理指的是力學(xué)現(xiàn)象對一切慣性系來說，都遵從同樣的規(guī)律；或者說，在研究力學(xué)規(guī)律時，一切慣性系都是等價的、平權(quán)的。因此無法借助力學(xué)實驗的手段確定慣性系自身的運動狀態(tài)。（2）而狹義相對論指的是物理定律在所有慣性系中都是相同的，因此各個慣性系都是等價的，不存在特殊的絕對的慣性系。因此狹義相對論原理所指范圍更大，內(nèi)容更豐富。二、時間和空間的相對性活動與探究21怎樣理解同時的相對性？2怎樣理解時間間隔的相對性？3怎樣理解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的區(qū)別？遷移與應(yīng)用2下面的說法中正確的是（）a因為時間是絕對的，所以我們在不同的參考系中觀察到的時間進(jìn)程都是相同的b空間與時間之間是沒有聯(lián)系的c有物質(zhì)才有空間和時間d在一個確定的參考系中觀察，運動物體的空間距離和時間進(jìn)程跟物體的運動狀態(tài)有關(guān)經(jīng)典的時空觀與相對論時空觀的比較經(jīng)典物理學(xué)的時空觀（牛頓物理學(xué)的絕對時空觀）：時間和空間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對的，空間與時間之間沒有任何聯(lián)系。相對論的時空觀（愛因斯坦相對論的相對時空觀）：空間和時間都與物質(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān)。相對論的時空觀更具有普遍性，但是經(jīng)典物理學(xué)作為相對論的特例，在宏觀、低速運動時仍將發(fā)揮作用。三、狹義相對論的應(yīng)用活動與探究3為什么在日常生活中我們覺察不到參考系中同時的相對性呢？在什么情況下，相對論效應(yīng)比較明顯？遷移與應(yīng)用3一支靜止時長為30 m的火箭以3 km/s的速度從觀察者的身邊擦過。（1）觀察者測得火箭的長度應(yīng)為多少？（2）火箭上的人測得火箭的長度是多少？（3）如果火箭的速度為光速的二分之一，觀察者測得火箭的長度應(yīng)為多少？1長度的變化是由于物質(zhì)的相對運動引起的一種觀測效應(yīng)，它與所選取的參考系有關(guān)，物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)并沒有變化。2運動的時鐘變慢是指所有的物理、化學(xué)過程包括人的生理變化、思維過程都變慢，所以高速運動的人自己感覺不到時間變慢。當(dāng)堂檢測1下列幾種說法：（1）所有慣性系統(tǒng)對物理基本規(guī)律都是等價的。（2）在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關(guān)。（3）在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同。其中哪些是正確的（）a只有（1）（2）是正確的b只有（1）（3）是正確的c只有（2）（3）是正確的d三種說法都是正確的2下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時空觀，正確的是（）a經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，同時是絕對的，即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件，對另一參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的b在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，時間間隔是絕對的，即任何事件（或物體的運動）所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關(guān)c在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，空間距離是絕對的，即如果各個參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點距離是絕對的不變的量值，而與參考系選取無關(guān)d經(jīng)典力學(xué)的時空觀就是一個絕對的時空觀，時間與空間、物體的運動無關(guān)3有關(guān)經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的說法正確的是（）a經(jīng)典時空觀認(rèn)為時間、空間距離以及物體的質(zhì)量都是絕對的b相對論時空觀是對經(jīng)典時空觀的全盤否定c相對論時空觀認(rèn)為看似同時發(fā)生事件其實不管選擇什么參考系都是不同時的d相對論時空觀認(rèn)為物體的質(zhì)量可以變化，可是生活中沒有感覺到物體質(zhì)量變化，說明相對論時空觀是錯誤的4著名物理學(xué)家“開爾文勛爵”威廉湯姆孫曾自信地宣稱：“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成”，但也承認(rèn)，“明朗的天空中還有兩朵小小的、令人不安的烏云”。他指的科學(xué)大廈是_，兩朵烏云是_。5設(shè)想一宇宙飛船以v0.95c的速率相對于地球運動，若飛船上宇航員用計時器測他吃一頓飯用去10 min，地球上的觀測者測他吃一頓飯用去多少時間？答案：課堂合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動與探究1：1答案：（1）慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系，相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。（2）這里的力學(xué)規(guī)律是指“經(jīng)典力學(xué)規(guī)律”。（3）本原理可以有不同表示，比如：在一個慣性系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實驗都不能判斷這個慣性系是否對于另一個慣性系做勻速直線運動；或者說，任何慣性參考系都是平權(quán)的。2答案：我們經(jīng)常講速度是相對的，參考系選取不同，速度也不同，這是經(jīng)典力學(xué)中速度的概念，但是1887年邁克耳孫莫雷實驗中證明的結(jié)論是：不論取怎樣的參考系，光速都是一樣的，也就是說光速的大小與選取的參考系無關(guān)，光的速度是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來的，它沒有任何前提條件，所以這個速度不是指相對某個參考系的速度。遷移與應(yīng)用1：答案：b事件先發(fā)生解析：可以設(shè)想，在事件a發(fā)生時a處發(fā)出一個閃光，事件b發(fā)生時b處發(fā)出一個閃光?！皟砷W光相遇”作為一個事件，發(fā)生在線段ab的中點，這在不同的參考系中看都是一樣的?！跋嘤鲈谥悬c”這個現(xiàn)象在以地面為參考系中很容易解釋：兩個閃光傳播的速度又一樣，當(dāng)然在線段的中點相遇?；鸺系娜藙t有如下推理：地面在向火箭的方向運動，從閃光發(fā)生到兩閃光相遇，線段中點向火箭的方向運動了一段距離，因此閃光b傳播的距離比閃光a長些。既然兩個閃光的光速相同，一定是閃光b發(fā)生得早一些?；顒优c探究2：1答案：同時是指兩個事件發(fā)生的時刻是相同的，“相同”是觀察者得出的結(jié)論，不同的觀察者觀察到的結(jié)果是不“相同”的。2答案：運動的時鐘變慢：時鐘相對于觀察者靜止時，走得快；相對于觀察者運動時，觀察者會看到它變慢了，運動速度越快，效果越明顯，即運動著的時鐘變慢。3答案：經(jīng)典力學(xué)時空觀：絕對的真實的數(shù)學(xué)時間，就其本質(zhì)而言，是永遠(yuǎn)均勻地流逝，與任何外界因素?zé)o關(guān)；絕對空間就其本質(zhì)而言是與任何外界事物無關(guān)的，它從不運動，并且永遠(yuǎn)不變。經(jīng)典力學(xué)時空觀的幾個具體結(jié)論：（1）同時的絕對性：在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀測到兩個事件，對另一參考系中的觀察者來說是同時發(fā)生的，即同時性與觀察者做勻速直線運動的狀態(tài)無關(guān)。（2）時間間隔的絕對性：任何事件所經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的運動無關(guān)。（3）空間距離的絕對性：如果各個參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點的距離也就有絕對不變的量值，而與參考系的選擇無關(guān)。相對論時空觀：空間的大小、時間流逝的快慢都與物體運動的速度有關(guān)。遷移與應(yīng)用2：cd解析：經(jīng)典時空觀認(rèn)為空間和時間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對的，空間與時間之間也是沒有聯(lián)系的，其實是錯誤的，故a、b錯誤。因為相對論時空觀中空間和時間與物質(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān)，在長度的相對性和時間的相對性上都得到了驗證。活動與探究3：答案：平時生活中物體運動的速度都非常慢，與光速c相比均到可忽略的程度，因此我們覺察不到同時的相對性，相對論的所有效應(yīng)都不明顯，但在參考系速度接近光速（一般都需0.9c以上）時，相對論效應(yīng)就明顯表現(xiàn)出來了。在一些要求嚴(yán)格的場所，如gps定位中，要求衛(wèi)星上時鐘的精度非常高，這時就必須根據(jù)衛(wèi)星的運行速度利用相對論進(jìn)行修正。遷移與應(yīng)用3：答案：（1）30m（2）30 m（3）26 m解析：火箭上的人相對火箭永遠(yuǎn)是靜止的，無論火箭速度是多少，火箭上的人測得的火箭長與靜止時測得的長均是l30 m，而火箭下的觀察者看火箭時有相對速度v，則他的測量要縮短，即ll，所以ll。當(dāng)v3103 m/s時，l30m。當(dāng)v時，l26 m?！井?dāng)堂檢測】1d解析：狹義相對論認(rèn)為：物體所具有的一些物理量可以因所選參考系的不同而不同，但它們在不同的參考系中所遵從的物理規(guī)律卻是相同的，即（1）（2）都是正確的。光速不變原理認(rèn)為：光在真空中沿任何方向的傳播速度都是相同的。2abcd3a解析：經(jīng)典時空觀又稱絕對時空觀，包括時間、空間距離以及物體的質(zhì)量都是絕對的，故a對；相對論的提出是對經(jīng)典時空觀的補充和更深的認(rèn)識，并不是完全否定了經(jīng)典時空觀，故b錯；“同時的相對性”的理解應(yīng)是選擇不同的參考系，某事件的發(fā)生可能不同時，這與參考系有關(guān)，并不是說