2017-2018学年高中物理（沪科版,选修3-4）课件+教师用书+练习:第5章 5.1 电磁场理论引发的怪异问题+5.2 狭义相对论的基本原理 （3份打包）

5.1　电磁场理论引发的怪异问题 5.2　狭义相对论的基本原理 学 习 目 标 知 识 脉 络 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.(重点) 2.知道狭义相对论的几个主要结论.(重点) 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. 4.狭义相对论两个基本假设的理解与应用.(难点) 电磁场理论引发的怪异问题 1.迈克耳孙—莫雷实验 (1)经典物理的速度合成公式V＝u＋v. (2)1886年迈克耳孙和莫雷利用可自由转动的实验台等装置，在水平面内不同的方位观察干涉条纹并没有预期的移动.“以太漂移的零结果”表明：光在任何方向上传播时相对地球的速度都是相同的.即光速是不变的. 2.伽利略相对性原理 (1)内容：力学规律在任何惯性系中都是等价的. (2)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参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动. 1.牛顿定律在惯性系中都成立.(√) 2.经典物理学认为，时间和空间是不能脱离物质而存在的.(×) 3.迈克耳孙—莫雷实验寻找“以太”取得了成功.(×) 牛顿定律在任何参考系中都成立吗？ 【提示】　不一定.在惯性系中都成立，在非惯性系中牛顿运动定律不成立. 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.相对性原理与电磁规律 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，但是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.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. 1.下列说法正确的是(　　) A.物理基本规律在所有惯性系中都是等价的 B.在真空中，光的速度与光源的运动状态无关 C.在不同的惯性系中，在不同方向上光速大小不同 D.在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同 E.经典力学规律适用于高速运动的物体 【解析】　根据相对性原理知，物理规律在所有惯性系中都是等价的，A正确；根据光速不变原理知，B、D正确；根据迈克耳孙—莫雷实验结果，C错误；经典力学只适用于低速和宏观物体，E错误. 【答案】　ABD 2.如图5­1­1所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m＝5 kg的小球，正随车厢一起以20 m/s的速度匀速前进，现在给小球一个水平向前的F＝5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？ 图5­1­1 【解析】　对于车上的观察者： 小球的初速度v0＝0，加速度a＝＝1 m/s2 10 s时速度v1＝at＝10 m/s. 对于地上的观察者： 方法一：小球初速度v0＝20 m/s 加速度a＝＝1 m/s2 10 s末速度v2＝v0＋at＝30 m/s. 方法二：根据速度合成法则 v2＝v1＋v0＝(10＋20) m/s＝30 m/s. 【答案】　10 m/s　30 m/s 惯性系与非惯性系的区分 1.牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系.以匀速直线运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系. 2.牛顿运动定律不能成立的参考系称为非惯性系.例如，我们坐在加速的车厢里时，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋，它们向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上却没有，也就是说牛顿运动定律不成立.这里加速的车厢就是非惯性系. 狭义相对论基本原理 1.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理：在所有相互做匀速直线运动的惯性参考系中，物理规律都是相同的. (2)光速不变原理：在所有相互做匀速直线运动的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相等的. 2.“同时”的相对性 (1)绝对时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的，即时间是绝对的. (2)相对论的时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察可能是不同时的. 1.静止或匀速直线运动的参考系是惯性系.(√ ) 2.由于在任何惯性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.(√ ) 3.在不同的惯性系中，光速是不相同的.(×) 飞船在高空以0.1c的速度向目标飞行，在飞船上向目标方向发射一个光信号，则在地面的观察者看来光信号的速度是1.1c吗？ 【提示】　由经典力学的相对性原理可知，光信号相对地面的速度v＝c＋0.1c＝1.1c，但这一结论是错误的. 根据狭义相对论的假设，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也