第5章 第1～3节 初识相对论 相对论中的神奇时空 探索宇宙的奥秘（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

物理观念 (1)了解经典力学的相对性原理，了解牛顿的绝对时空观。 (2)知道狭义相对论的两个基本原理的内容；知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论。 (3)关注宇宙的起源和演化的研究进程，了解什么是科学探究和科学思维。 (4)初步了解宇宙中包含什么。 第5章　科学进步无止境 第1～3节　初识相对论 相对论中的神奇时空 探索宇宙的奥秘 核心素养导学 科学思维 (1)知道在可靠的实验事实基础上，进行科学推理、合理假设等科学研究方法的重要性。 (2)初步了解时间延缓效应和长度收缩效应的主要内容及推理的思维过程。 科学态度与责任 (1)通过学习，体会科学理论既具有相对稳定性，又是不断发展完善的； (2)通过学习，体会在科学研究中不放过丝毫疑惑、穷根究理的态度和责任； (3)了解人类对宇宙永不停息的探索历程，体会科学家进行科学探究的态度和责任。 续表 一、初识相对论 1．相对性原理 所有物理规律在一切_____________中都具有相同的形式。 2．光速不变原理 在一切惯性参考系中，测量到的______________都一样。 由这两条假设所建立的理论叫作狭义相对论。 惯性参考系 真空中的光速c 静止质量 E＝mc2 (1)牛顿时空观在低速、宏观物体运动时是可以适用的。 (2)相对论时空观适用于高速、微观物体的运动。　 1．地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s。光速c＝3×108 m/s。 请思考： (1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度属于低速还是高速？ (2)在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空(如图所示)。隔一段时间飞船返回地面时，两只钟显示的时间相同吗？有什么差别？ 提示：(1)地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速。 (2)不相同，随飞船旅行的时钟变慢(显示的时间短)。 2．牛顿力学适用于地面上物体的运动及天体的运动，但不适用于高速运动的物体及微观粒子的运动，具有一定的局限性，请对以下结论作出判断： (1)火车提速后，有关速度问题不能用牛顿力学来处理。 ( ) (2)宏观物体在低速运动时，相对论与经典力学的结论是一致的。 ( ) (3)在牛顿力学的适用范围内，运动的时钟和静止的时钟快慢相同。 ( ) (4)电子在原子核外的运动规律不能用牛顿力学来解释。 ( ) × √ √ √ 新知学习(一)|认识两个基本原理及其应用 [任务驱动] 如图，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，闪光照到了车厢的前壁和后壁，思考以下两个问题： (1)甲图中，车上的观察者观察到闪光是否同时到达前后两壁。 (2)乙图中，车下的观察者观测到的结果是怎样的？ 提示：(1)车上的观察者以车厢为参考系，闪光同时到达前后两壁。 (2)车下的观察者以地面为参考系，观察到闪光先到达后壁，后到达前壁。　 [重点释解] 1．相对性原理：表明在任何惯性参考系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律的形式不变。 2．光速不变原理：表明经典时空观与相对论时空观的不同，比较如下： 比较项目 经典时空观 相对论时空观 运动情况 同一运动对不同参考系描述结果不同，即速度不同 光在一切惯性参考系中传向各个方向的速度不变 时间与空间关系 时间均匀流逝，空间不变化，与运动情况及外部条件无关 时间、空间都随运动情况而改变 [针对训练] 1．如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为 (　 ) A．0.4c　　　　　　　 B．0.5c C．0.9c D．c 解析：由狭义相对论的基本假设：光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，可知D正确。 答案：D　 2．经过不断的努力，科学家终于探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学，下列说法正确的是 (　 ) A．经典力学完全适用于宏观低速运动 B．经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的 C．随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论 D．随着相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值 解析：经典力学适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学不会过时也不会失去价值，故C、D错误。 答案：A 答案：D　 新知学习(二)|