人教版選修34 時(shí)間和空間的相對(duì)性 第1課時(shí) 教案.docx

152時(shí)間和空間的相對(duì)性教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能：（1）同時(shí)的相對(duì)性（2）運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的收縮（3）時(shí)間間隔的相對(duì)（4）了解時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證（5）了解相對(duì)論時(shí)空觀(guān)與經(jīng)典物理時(shí)空觀(guān)的主要區(qū)別二、過(guò)程與方法：（1）理解同時(shí)相對(duì)性的推演過(guò)程（2）理解從“同時(shí)相對(duì)性”出發(fā)得出“運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性”的過(guò)程三、情感態(tài)度和價(jià)值觀(guān)：（1）體會(huì)相對(duì)論嶄新的時(shí)空觀(guān)，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的影響。（2）辯證地看待經(jīng)典物理理論教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)從“同時(shí)”的相對(duì)性得出運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性教學(xué)方法閱讀小結(jié)教學(xué)手段多媒體課件教學(xué)活動(dòng)一、“同時(shí)”的相對(duì)性知道“同時(shí)”的相對(duì)性是相對(duì)論兩個(gè)假設(shè)的直接推論。講解過(guò)程中要強(qiáng)調(diào)理解的出發(fā)點(diǎn)必須是兩個(gè)假設(shè)，否則無(wú)法理解。 兩種情景中點(diǎn)發(fā)光 情況1：對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車(chē)上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于地面就不是同時(shí)的車(chē)上的觀(guān)察者認(rèn)為光同時(shí)到達(dá)車(chē)廂的前后兩壁 站臺(tái)上的觀(guān)察者認(rèn)為光先到車(chē)廂后壁后到前壁講解關(guān)鍵：在各個(gè)參考系中光速都為c 情況2：地面 上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車(chē)也不是同時(shí)的利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，可假設(shè)車(chē)靜人動(dòng) ，人和地面相當(dāng)于火車(chē)，結(jié)果與前面相似讓學(xué)生自己分析課本上的“思考與討論”二、長(zhǎng)度的相對(duì)性1、要讓學(xué)生知道長(zhǎng)度的相對(duì)性(動(dòng)尺縮短)，是“同時(shí)”的相對(duì)性帶來(lái)的一個(gè)普遍的時(shí)空屬性，它與物體的具體組成和結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度越接近光速，這種收縮效應(yīng)就變得越顯著。2、要講清利用嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得到洛倫茲變換的相對(duì)論長(zhǎng)度收縮公式。3、要讓學(xué)生理解長(zhǎng)度收縮公式的物理意義，必須注意參考系的選擇及參考系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。三、時(shí)間間隔的相對(duì)性 教學(xué)時(shí)要分析清楚“動(dòng)鐘變慢”與同時(shí)的相對(duì)性的聯(lián)系，使學(xué)生知道運(yùn)動(dòng)的鐘變慢是同時(shí)的相對(duì)性帶來(lái)的時(shí)空屬性。 時(shí)間間隔的相對(duì)性可以通過(guò)長(zhǎng)度的相對(duì)性的一些簡(jiǎn)單例子加以說(shuō)明。要講清“動(dòng)鐘變慢”(或時(shí)間膨脹)是兩個(gè)不同慣性系進(jìn)行時(shí)間比較的一種效應(yīng)，不要誤認(rèn)為是時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)或精度因運(yùn)動(dòng)而發(fā)生了變化。教學(xué)中特別指出，運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢完全是相對(duì)的，由于兩個(gè)慣性參考系是平權(quán)的，在它們上面的觀(guān)測(cè)者都將發(fā)現(xiàn)對(duì)方的鐘變慢了。四、時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比較緩慢，也就是說(shuō)，在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘，比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢早在1941年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)宇宙線(xiàn)的觀(guān)測(cè)證實(shí)了相對(duì)論的結(jié)論，美國(guó)科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線(xiàn)中子的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論預(yù)言完全一致1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好這是相對(duì)論的第一次宏觀(guān)驗(yàn)證五、相對(duì)論的時(shí)空觀(guān)牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀(guān)：物理學(xué)的空間與時(shí)間是絕對(duì)分離沒(méi)有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在，與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。而相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。人類(lèi)對(duì)于空間、時(shí)間更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)而形成的新的時(shí)空觀(guān)，是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀(guān)念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展、不斷完善起來(lái)的。六、小結(jié) 見(jiàn)板書(shū)七、課堂練習(xí)：1(多選)關(guān)于狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是()a在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的b在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣c真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的d真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的解析：選ac狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)分別是愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理和光速不變?cè)怼＿x項(xiàng)a、c正確。2(多選)如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在參考系a中成立，而參考系b相對(duì)于a做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則在參考系b中()a牛頓運(yùn)動(dòng)定律也同樣成立b牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能成立ca和b兩個(gè)參考系中，一切物理定律都是相同的d參考系b也是慣性參考系解析：選acd參考系a是慣性參考系，而參考系b相對(duì)于a做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因而參考系b也是慣性參考系，d正確；根據(jù)狹義相對(duì)論知，在不同的慣性參考系中一切物理定律都是相同的，a、c正確，b錯(cuò)誤。3慣性系s中有一邊長(zhǎng)為l的正方形，如圖1所示。從相對(duì)s系沿x方向以接近光速飛行的飛行器上測(cè)得該正方形的圖像是()圖1解析：選c由相對(duì)論知識(shí)ll0得運(yùn)動(dòng)方向上的邊的邊長(zhǎng)變短，垂直運(yùn)動(dòng)方向的邊長(zhǎng)不變，c正確。4.話(huà)說(shuō)有兄弟兩個(gè),哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開(kāi)地球去遨游太空,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間返回地球,哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多,則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是()a.哥哥在太空中發(fā)生了基因突變,停止生長(zhǎng)了b.弟弟思念哥哥而加速生長(zhǎng)了c.由相對(duì)論可知,物體速度越大,在其上時(shí)間進(jìn)程就越慢,生理過(guò)程也越慢d.這是神話(huà),科學(xué)無(wú)法解釋解析:根據(jù)相對(duì)論的時(shí)間延緩效應(yīng),當(dāng)飛船速度接近光速時(shí),時(shí)間會(huì)變慢,時(shí)間延緩效應(yīng)對(duì)生命過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)等也是成立的。飛船運(yùn)行的速度越大,時(shí)間延緩效應(yīng)越明顯,人體新陳代謝越緩慢。答案:c5.根據(jù)你的理解，你認(rèn)為下列哪些觀(guān)點(diǎn)是正確的（ ）a.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變的b.以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)理論具有局限性，它只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)；只適用于宏觀(guān)世界，不適用于微觀(guān)世界c.相對(duì)論與量子力學(xué)的出現(xiàn)否定了經(jīng)典力學(xué)理論d.伽利略的“自然數(shù)學(xué)化”的方法和牛頓的“歸納演繹法”是經(jīng)典力學(xué)方法的典型答案：abd6.一只長(zhǎng)的標(biāo)尺以接近光速穿過(guò)一根幾米長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的.以下哪種敘述最恰當(dāng)?shù)孛枋隽藰?biāo)尺穿過(guò)管子的情況( )a.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它b.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，標(biāo)尺從管子的兩端伸出來(lái)c.兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住標(biāo)尺d.所有這些都與觀(guān)察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)解析：觀(guān)察者的運(yùn)動(dòng)情況不同，選取不同的慣性系，標(biāo)尺與管子的相對(duì)速度也不相同，觀(guān)察到的標(biāo)尺和管子的長(zhǎng)度也不相同，所以選項(xiàng)d正確.答案：d作業(yè)：1.一只長(zhǎng)的標(biāo)尺以相對(duì)論速度穿過(guò)一根幾米長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的.以下哪種敘述最恰當(dāng)?shù)孛枋隽藰?biāo)尺穿過(guò)管子的情況（ )a.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它b.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，標(biāo)尺從管子的兩端伸出來(lái)c.兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住標(biāo)尺d.所有這些都與觀(guān)察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)思路解析：觀(guān)察者的運(yùn)動(dòng)情況不同，選取不同的慣性系，標(biāo)尺與管子的相對(duì)速度也不相同，觀(guān)察到的標(biāo)尺和管子的長(zhǎng)度也不相同，所以選項(xiàng)d正確.答案：d2用狹義相對(duì)論的觀(guān)點(diǎn)判斷，下列說(shuō)法中不正確的是()。a時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變b在地面上的人看來(lái)，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的c在地面上的人看來(lái)，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄，而飛船中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人扁一些d當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度vc時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì)答案：a按照狹義相對(duì)論的觀(guān)點(diǎn)，時(shí)間和空間都是相對(duì)的，a項(xiàng)錯(cuò)誤；由可知，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢了，但飛船中的時(shí)鐘相對(duì)觀(guān)察者靜止，時(shí)鐘準(zhǔn)確，b項(xiàng)正確；由l可知，地面上的人看飛船和飛船上的人看地面上的人都沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度減小，c項(xiàng)正確；當(dāng)vc時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì)，故d項(xiàng)也正確。3a、b兩架飛機(jī)沿地面上一足球場(chǎng)的長(zhǎng)度方向在其上空高速飛過(guò)，且vavb，在飛機(jī)上的人觀(guān)察結(jié)果正確的是()。aa飛機(jī)上的人觀(guān)察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比b飛機(jī)上的人觀(guān)察到的大ba飛機(jī)上的人觀(guān)察到足球場(chǎng)的寬度比b飛機(jī)上的人觀(guān)察到的小c兩飛機(jī)上的人觀(guān)察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度相同d兩飛機(jī)上的人觀(guān)察到足球場(chǎng)的寬度相同答案：d因?yàn)楫?dāng)一個(gè)慣性系的速度比較大時(shí)，根據(jù)l知，沿飛行方向長(zhǎng)度減小，而且速度越大，長(zhǎng)度越小，故a、c選項(xiàng)均錯(cuò)誤；而垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，寬度是不隨速度而變化的，因此b選項(xiàng)錯(cuò)誤，d選項(xiàng)正確。4(對(duì)應(yīng)要點(diǎn)一)關(guān)于時(shí)間和空間，在學(xué)習(xí)狹義相對(duì)論后我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到()a因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的，所以我們?cè)诓煌膮⒖枷抵杏^(guān)察到的時(shí)間進(jìn)程都是相同的b空間與時(shí)間之間是沒(méi)有聯(lián)系的c有物質(zhì)才有空間和時(shí)間d在一個(gè)確定的參考系中觀(guān)察，運(yùn)動(dòng)物體的空間距離和時(shí)間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)解析：經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對(duì)的，空間與時(shí)間之間也是沒(méi)有聯(lián)系的，在相對(duì)論力學(xué)中，時(shí)間和空間是和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的。只有在物質(zhì)存在時(shí)才有空間和時(shí)間的概念，時(shí)間和空間是相互聯(lián)系且是相對(duì)的。答案：cd5某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，如果希望把這路程縮短為3光年，則他所乘飛船相對(duì)地球的速度為()。a0.5cb0.6cc0.8c d0.9c6. 答案：c由l，且可得：v0.8c，故只有c項(xiàng)正確。6.下列幾種說(shuō)法:(1)所有慣性系統(tǒng)對(duì)物理基本規(guī)律都是等價(jià)的。(2)在真空中,光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)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(shuō)法都是正確的解析:狹義相對(duì)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?cè)诓煌膮⒖枷抵兴駨牡奈锢硪?guī)律卻是相同的,即(1)(2)都是正確的。光速不變?cè)碚J(rèn)為:光在真空中沿任何方向的傳播速度都是相同的。答案:d7.(多選)下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān),正確的是()a.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)中,同時(shí)是絕對(duì)的,即在一個(gè)參考系中的觀(guān)察者在某一時(shí)刻觀(guān)察到的兩個(gè)事件,對(duì)另一參考系中的觀(guān)察者來(lái)說(shuō)也是同時(shí)發(fā)生的b.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)中,時(shí)間間隔是絕對(duì)的,即任何事件(或物體的運(yùn)動(dòng))所經(jīng)歷的時(shí)間,在不同的參考系中測(cè)量都是相同的,而與參考系的選取無(wú)關(guān)c.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)中,空間距離是絕對(duì)的,即如果各個(gè)參考系中用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)相同,那么空間兩點(diǎn)距離是絕對(duì)的不變的量值,而與參考系選取無(wú)關(guān)d.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)就是一個(gè)絕對(duì)的時(shí)空觀(guān),時(shí)間與空間、物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)答案:abcd8.(多選)關(guān)于狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè),下列說(shuō)法正確的是()a.在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的b.在不同的慣性參考系中,