2020高中物理人教版 选修3-4 第十五章　相对论简介（学案+课件+课时跟踪训练+word解析 共6份）

第1节　相对论的诞生 第2节　时间和空间的相对性 学习目标：1.知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设.2.知道狭义相对论的几个主要结论.3.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响． 一、相对论的诞生 [课本导读] 预习教材第96页～第98页“相对论的诞生”部分，请同学们关注以下问题： 1．什么是惯性系？ 2．伽利略相对性原理的内容是什么？ 3．狭义相对论的两个基本假设是什么？ [知识识记] 1．经典的相对性原理 (1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系． (2)经典的相对性原理的三种表述 ①表述一(伽利略相对性原理)：力学规律在任何惯性系中都是相同的． ②表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动． ③表述三：任何惯性参考系都是平权的． 2．经典相对性原理解释电磁规律的困难 迈克耳孙—莫雷实验得到的结果：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光相对于观察者的速度都是一样的，这与经典相对性原理相矛盾． 3．狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． (2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的． 二、时间和空间的相对性 [课本导读] 预习教材第98页～第103页“时间和空间的相对性”部分，请同学们关注以下问题： 请分别说出经典时空观和狭义相对论对“同时”的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性和时间间隔的相对性认识上的区别． [知识识记] 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的，在另一个参考系中一定也是同时的． (2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中不一定是同时的． 2．长度的相对性 (1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同． (2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小．与杆相对静止的人认为杆长为l0，与杆相对运动的人认为杆长是l，那么两者之间的关系是：l＝l0. 3．时间间隔的相对性 (1)经典物理学认为：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔总是相同的． (2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的． 设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt表示相对事件发生地以v高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝. 4．相对论时空观 (1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间和时间之间也是没有联系的． (2)相对论时空观：空间和时间与物质的运动状态有关． 1．惯性参考系中牛顿运动定律一定成立．(　　) [答案]　√ 2．由于在任何惯性参考系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系．(　　) [答案]　√ 3．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(　　) [答案]　√ 4．在不同的惯性系中，光速是不相同的．(　　) [答案]　× 5．根据相对论的时空观，不同惯性系中发生的两个事件的时间间隔可能是不同的．(　　) [答案]　√ 6．相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大．(　　) [答案]　× 7．高速飞行的火箭中的时钟要变慢．(　　) [答案]　 √ 要点一　经典相对性原理与狭义相对性原理——概念辨析型 [合作探究] 　根据图示考虑以下几下问题 (1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人测得的光速应是多少？ (2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人测得的光速应是多少？ (3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动，人测得的光速又是多少？ 提示：根据经典相对性原理，(1)第一种人测得的光速应是c，(2)第二种情况是c＋v，(3)第三种情况是c－v.而根据狭义相对论理论，光速不变，都是c. [知识精要] 1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系． 2．伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性参考系都是平权的． 3．伽利略相对性原理与电磁规律：按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的，但根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量．迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的． 4．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假