2017沪科版高中物理必修二6.2《狭义相对论的基本原理》word学案.doc

1、学案 2 狭义相对论的基本原理 (选学) 学习目标定位 1.认识经典力学的适用范围和局限性知道经典力学的时空观与相对论时 空观之间的关系.2.初步了解相对论时空观中的基本观点，了解狭义相对论知道相对论对 人类认识高速世界的影响 一、经典力学的时空观 经典力学的时空观又叫绝对时空观，它的特点是：时间和空间是分离的，时间尺度和空间 尺度与物质运动无关，都是绝对的 二、狭义相对论的两条基本公设 (1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的这个公设通常叫做爱因斯坦相对性 原理 (2)在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于 c，跟光源的运动无关. 一、经典力学的时空观 1绝对时空观：经典力学的

2、时空观 观点：“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远相同和不动的” ， “绝 对的真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何其他外界事物无 关地流逝着 ” 2正确理解绝对时空观 (1)时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的 (2)经典力学的时空观认为，时间就其本质而言是永远均匀地流逝，与任何其他外界事物无 关空间就其本质而言是与外界任何事物无关，它从不运动，并且永远不变 3由绝对时空观得到的结论 (1)同时的绝对性 在一个惯性系中的观察者在某一时刻观测到两个事件，对另一个做匀速直线运动的惯性系 中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观

3、察者的运动状态无关 (2)时间间隔的绝对性 任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系 (或观察者) 的运动无关 (3)空间距离的绝对性 如果各个惯性系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值， 而与惯性系的选择(或观察者的运动状态 )无关 二、狭义相对论的基本公设 1追光问题的思考 (1)经典力学时空观中的速度叠加原理： 例如，设河流中的水相对于河岸的速度为 v 水岸 ，船相对于水的速度为 v 船水 ，则在经典力 学中，船相对于岸的速度为 v 船岸 v 船水 v 水岸 (矢量和) (2)爱因斯坦的困惑：如果我以光速追光波，将会看到

4、什么？ 产生困惑的原因：如果认为观察者看到的是一个静止不前的电磁振荡，与直觉经验不符； 而如果认为看到的是一个以一定速度行进的光，则违反了速度合成法则 2伽利略相对性原理 (1)惯性系 在经典力学中，牛顿运动定律是力学规律的基础，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立， 这个参考系就叫做惯性系相对于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)伽利略相对性原理 内容：力学规律在任何惯性系中都是相同的，也就是说，各个惯性系都是等价的这个观 点叫做伽利略相对性原理 3狭义相对论的两条基本公设 (1)两条基本公设的内容 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的这个公设通常叫做爱因斯坦相对

5、性 原理 在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于 c，跟光源的运动无关 (2)对两条基本公设的理解 物体的位移、速度以及电场强度、磁感应强度等物理量有可能因为所选惯性参考系的不 同而不同，但是它们所遵从的物理规律却是相同的也就是说，在一切惯性参考系中物理 规律的数学形式完全相同 此公设与绝对时空观是矛盾的 爱因斯坦由此提出了新的时空观，即时间不能绝对定义，时间与速度有关 爱因斯坦的两条基本公设只涉及无加速运动的惯性系，由此建立的相对论通常叫做狭义相 对论 一、经典力学的时空观的理解 例 1 如图 1 所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为 m5 kg 的小球，正随车厢 一起以 20 m

6、/s 的速度匀速前进现给小球施加一个与车厢运动方向相同的 F5 N 的拉力， 求经过 10 s 时，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？ 图 1 解析 匀速运动的车厢和地面都是惯性系 对车厢里的观察者： 小球的初速度：v 00，加速度 a 1 m/s 2， Fm 10 s 时速度：v 1at10 m/s. 对地面上的观察者： 解法一 小球初速度 v020 m/s， 加速度相同：a 1 m/s 2， Fm 10 s 时速度：v 2v 0at 30 m/s. 解法二 根据速度合成法则，v 2v 1v 0(1020) m/s30 m/s. 答案 10 m/s 30 m/s 二、伽

7、利略相对性原理 例 2 下面关于伽利略相对性原理的说法中，正确的是( ) A力学规律在任何参考系中都是相同的 B惯性系就是静止不动的参考系 C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叫惯性系 D力学规律在任何惯性系中都是相同的 解析 伽利略相对性原理指力学规律在所有惯性系中都是成立的，这里参考系是有条件的， 即必须是惯性系，非惯性系是不适合的，因此选项 A 错误，选项 D 正确惯性 系并不仅指静止的参考系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系， 因此选项 B 错误，选项 C 正确 答案 CD 三、光速不变原理 例

8、 3 考虑以下四个问题：(1)如图 2 所示，参考系 O相对于参考系 O 静止时，人看到的 光速是多少？ (2)参考系 O 相对于参考系 O 以速度 v 向右运动时，人看到的光速是多少？ (3)参考系 O 相对于参考系 O 以速度 v 向左运动时，人看到的光速是多少？ (4)根据狭义相对论理论，在上述三种情况下光速应该是多少？ 图 2 解析 根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是 c，第二种情况应是 cv，第三 种情况应是 cv，而根据狭义相对论理论，光速是不变的，三种情况光速都应是 c. 答案 (1)c (2) cv (3) cv (4)都是 c 1(狭义相对论的两条基本公设) 爱因斯坦把人们看来相互矛盾的 _和_作为 他的狭义相对论的两条基本公设 答案 相对性原理 光速不变原理 2(光速不变原量)设某人在以速度为 0.5c 的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是 ( ) A飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为 1.5c B飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为 0.5c C在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是 2c D在地面上任何地方的观察者看到的光速都是 c 答案 D 解析 根据光速不变原理可知选项 D 正确