（人教版）高中选修3-4物理 15.1《相对论的诞生《时间和空间的相对性》教案

（人教版）高中选修3-4物理 15.1《相对论的诞生《时间和空间的相对性》教案内容摘要：

2、的差异。 最新海量高中、会相对论时空观的建立对人类认识世界的影响。 重点难点:狭义相对论的基本假设,长度与时间间隔的相对性。 教学建议:通过本节的学习,了解面对迈克耳孙莫雷实验的结果,爱因斯坦通过否定以太的存在,同时否定了牛顿力学的绝对空间和绝对时间。 了解狭义相对论的两个基本假设,同时以这两个原理为基础,通过对一些简单现象的分析和逻辑推理,得到“同时”的相对性与时间间隔的相对性。 导入新课:1994 年初,一架意大利客机在非洲河岸上空飞行,突然,客机从地面控制室的雷达屏幕上消失了。 正当机场工作人员焦急万分之际,客机又在原来的空域出现,雷达又追踪到了客机的信号,最后,这架客机安全降落在意大利内地机场。 对 3、此现象专家们认为,唯一的解释是在“失踪”的一刹那,时间“静止”不动了,或者说出现了时光倒流。 同学们,时光真的会倒流吗?)经典相对性的原理:力学规律在任何 惯性系中都是相同的。 (2)狭义相对论的两个基本假设狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是 相同的。 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,光速与光源、观察者间的 相对运动没有关系。 2.“同时”的相对性“同时”是指两个事件发生的时刻是一样的。 “同时”的相对性是说,在一个惯性系中同时发生的两个事件,在另一个惯性系中则可能不是同时发生的,即“同时”是 相对的,也就是说,有人看到同时发生的事件,在其他观察者眼里可能 4、不是同时发生的。 最新海量高中、子的长度不会因为观察者是否与杆子有相对运动而不同,但是根据狭义相对论的两个基本假设可以推导出,物体的长度的确与观察者和物体间的相对运动情况 有关,且与相对运动速度存在以下关系: l= 其中 l 为与杆相对运动的观察者观察到的长度, )2的观察者观察到的长度, v 是物体相对于观察者运动的速度。 间间隔也就具有相对性,时间间隔相对性的公式为: t= ,其中 t 为 地面的观察者所观察到的时间, 为与钟表相1-()2对 静止的观察者所测得的时间。 雷实验说明什么问题?解答:光速不变。 答:不存在。 间和时间与物质的运动状态有关吗?解答:有关。 主题 1:狭义相对论的两个基本假设 6、数学推导)所得出的大量结论都与事实相符,才能证实它的正确性。 知识链接:狭义相对论同样认为空间和时间并不是相互独立的,它们应该用一个统一的四维时空来描述,并不存在绝对的空间和时间。 主题 2:“同时”的相对性情景:一列火车以速度 v 相对地面运动,在火车上有一个光源。 问题:如果地面上的人测得这个光源发出的闪光同时到达车的前壁和后壁,图示是地面上观察者得到的结果;那么按照火车上人的测量,闪光是先到达前壁还是后壁?火车上的人怎样解释自己的测量结果? 解答:火车上的人测得光先到达前壁,由于地面上的人测得闪光同时到达前、后壁,而在光向前、后壁传播的过程中,火车要相对于地面向前传播一段距离,所以光源发光的位 7、置一定距离前壁较近,各个方向上的光速又是一样的,从车上观察,闪光先到达前壁。 知识链接:同时的相对性,不仅仅局限在看到哪个先发生,而在于事实是哪个先发生。 1.(考查惯性系)下列参考系可以看作惯性系的是( )。 最新海量高中、析】根据伽利略相对性原理可知 A、B、D 对。 【答案】评】惯性系就是相对地面静止或匀速运动的物体。 2.(考查两个基本假设)关于狭义相对论的两个假设,下列说法正确的是( )。 学规律都一样,析】狭义相对论的两个假设分别是狭义相对性原理和光速不变原理,选项 A、C 正确。 【答案】评】要掌握狭义相对论的两个假设。 3.(考查相对论和相对性)如图所示,甲乘坐宇宙飞船追赶乘坐另一宇宙飞船的乙 9、。 拓展一:光速不变原理 子”,你和你的同伴(当然也是一个“光子”)都从灯泡里“逃”出来,那么,在你看来,你的同伴的速度是多少?在你的同伴看来,你的速度又是多少?在站在灯泡外面的人看来,你们的速度是多少?(从相对论的角度论述)【分析】注意题目要求,是从相对论的角度论述,所以要紧紧抓住光速不变这一条件。 【解析】根据光速不变的原理知,在所有的惯性系中,真空中的光速都是一个常数 c。 当你是一个“光子”时,你就是一个惯性系。 你将会看到你的“光子”同伴以速度 c 远离你而去。 依此类推,你的“光子”同伴也是惯性系,在它看来,你将以速度 c 向前狂奔,把它抛在后面。 对于灯泡外边的观测者,也是一个惯性系,他将 11、梭镖一起运动时,你看到的管子就缩短了,所以在某些位置,你可以看到梭镖两端都伸出管子。 假如你在梭镖和管子之间运动,运动的速度是在梭镖运动的方向上,而大小是其一半,那么梭镖和管子都相对于你运动,且速度的大小一样,你看到这两样东西都缩短了,且缩短的量相同。 所以你看到的一切都是相对的。 【答案】D【点拨】观察者所处的角度不同,相对运动的速度就不同,所以得出的结论也不尽相同。 拓展三:、乙、丙三个完全相同的时钟,甲放在地面上,乙、丙分别放在两架航天飞机上,航天飞机沿同一方向高速飞离地球;但是乙所在的飞机比丙所在的飞机飞得快。 则乙所在飞机上的观察者认为 ( )。 新海量高中、析】本题考查“运动的时钟变慢”这一规。