高中物理《6.1-3 牛顿力学中运动的相对性 狭义相对论的两个基本假设 时间、长度的相对性》学案.doc

学案1　牛顿力学中运动的相对性　狭义相对论的两个基本假设　时间、长度的相对性) [学习目标定位]　1.了解牛顿力学中运动的相对性.2.了解伽利略相对性原理及其速度变换公式.3.了解狭义相对论的两个基本假设.4.了解狭义相对论的几个主要结论.5.了解经典时空观与相对论时空观的重要区别． 在描述物体的运动时，为使研究问题更简便，要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于它的位置是否随时间变化以及怎样变化，这种用来做参考的物体称为 1．伽利略相对性原理： 的规律在任何 中都是一样的． 2．狭义相对论的两个基本假设：(1)对不同的惯性系， 规律都是 的．(2)光在 运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是 的． 3．狭义相对论的时空观认为：同时是 的，即在一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中观测不一定是 的． 4．相对时间间隔公式：设τ0表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，τ表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是τ＝≥τ0. 5．相对长度公式：设在车厢参考系内测得的窗户的水平长度为l0，称为固有长度，在站台上测得的窗户的长度为l，车厢的速率为u，则l、l0、u的关系是l＝ ＝uτ或l＝l0. 6．相对论认为 和 的量度是有联系的，与物体的 有关，是相对的．经典物理学则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间和时间之间没有什么联系． 一、牛顿力学中运动的相对性 [问题设计] 在一艘大船密闭的船舱里，你能否通过观察自由释放的小球的运动判断大船是静止还是在匀速行驶？ 若大船相对地面以速率u向前匀速行驶，船上某人相对船以v′向前跑，则他相对地面的速率是多少？若此人以v′向船后跑呢？ [要点提炼] 1．伽利略相对性原理 (1)惯性系：如果 定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对这个惯性系做 运动的另一个参考系也是惯性系． (2)伽利略相对性原理： 的规律在任何惯性系中都是一样的． 2．经典时空观 经典时空观认为时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，时间和空间是相互独立、互不相关的． 3．伽利略速度变换公式 若车厢相对地面以u向前行驶，车厢内人相对车厢以速率v′向前跑，则人对地面的速率为v＝ ；若人向车后跑时，相对地面的速率为v＝ . [延伸思考] 一辆匀速行驶的汽车车厢内，实验者是否可以不受场地的影响来进行用单摆测定重力加速度的实验？ 二、狭义相对论的两个基本假设 [问题设计] 如图1所示，光源在参考系O中 图1 (1)根据伽利略速度变换公式，计算当参考系O′与参考系O相对静止时，O′相对于O以速度v向右匀速运动时以及O′相对于O以速度v向左匀速运动时人看到的光速分别是多少？ (2)根据狭义相对论原理，在不同的参考系中，光速的大小是不同的吗？ (3)伽利略速度变换公式是错误的吗？ [要点提炼] 狭义相对论的两个基本假设 1．爱因斯坦相对性原理 对不同的惯性系， (包括 的和 的)都是一样的． 2．光速不变原理 光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是 的． 三、同时的相对性　时间间隔的相对性 [问题设计] 1．如图2所示，一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照亮了车厢的前壁和后壁．车上的人观察到闪光是同时照亮前后壁吗？地面上的人是怎么认为的？ 图2 2．某人在这列火车上拍了两下桌子，车上的人观测的两次拍桌子的时间间隔与地面上的人观测的时间间隔相同吗？ [要点提炼] 1．“同时”的相对性 (1)经典物理学认为：如果两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也 (填“一定”或“不一定”)是同时发生的． (2)狭义相对论的时空观认为：同时是 的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中 (填“一定”或“不一定”)是同时发生的． 2．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是 的． (2)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式τ＝，也就是说，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀． 四、长度的相对性　相对论时空观 [问题设计] 如图3