高中物理课时跟踪检测十五牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界鲁科版选修3_4
鲁科版高中物理选修3-4：爱因斯坦眼中的世界
爱因斯坦眼中的世界
1.狭义相对论的两条基本原理 (1)狭义相对性原理:物理规律(力学、电磁学、光学)对于所有惯性系都 具有相同的形式。 (2)光速不变原理:在任何惯性系中,光在真空中的速度恒为 c,与光源的 运动和观测者的运动无关。 以上两个原理叫做狭义相对论,狭义相对论只涉及惯性系中的物理规 律。
1-(vc)2
1-(0.8)2
该粒子在衰变前运动的距离
s=v·Δt=0.8×4.3×10-8×3×108 m=10.32 m。
答案:4.3×10-8 s 10.32 m
反思在高速运动的系统中测得时间间隔 Δt= ������t' 。搞清各物理量
1-vc22
表达的物理意义:Δt 为地面观察者测得的时间。Δt'为高速运动的参考系中 测得的时间。
【例题 3】 有一太空船以 0.8c 的速度飞越“月球太空站”。一科学家 在月球上量得运动中的太空船长度为 200 m,此太空船最后在月球上登陆, 此科学家再度测量静止的太空船的长度,他测量的结果如何?
解析:在月球上测得运动的飞船的长度为 l,静止飞船的长度为 l0,依据 狭义相对论的长度收缩效应关系式,
2.狭义相对论中的时间和空间 (1)根据狭义相对论,“同时”不再具有绝对的意义,“同时”是相对的。运 动的时钟会变慢,这就是时间延缓效应。 (2)根据狭义相对论,长度与观察者的运动状态有关,运动的物体在运动 方向上发生了收缩,这就是长度缩短效应。 3.相对论的速度叠加 (1)狭义相对论的速度叠加公式为 u=1u+'+vcvu2',由该公式可推知,光速在静止
【例题 2】 π+介子是一种不稳定粒子,平均寿命是 2.6×10-8 s(在以自己
高中物理 第6章 第1节 牛顿眼中的世界 第2节 爱因斯坦眼中的世界精品课件 鲁科选修34
课堂互动讲练
类型一
“同时”相对性的理解
一列火车以速度v相对地面运动．如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁(如图6－1－3所示)，那么按照火车上人的测量，闪光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？
3．时间间隔的相对性 (1)绝对时空观：某事件经历的______不会因参考系不同而不同． (2)相对论时空观：一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中测量不一定相同，与之相对静止的参考系测得的时间最短，称为________，惯性系______越大，惯性系中的物理过程进行得越慢．
时间
固有时
速度
核心要点突破
第6章 相对论与天体物理
第1节 牛顿眼中的世界 第2节 爱因斯坦眼中的世界
课前自主பைடு நூலகம்案
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
知能优化训练
第 2 节
课标定位 学习目标：1.知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论． 2．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． 3．体会科学探究活动中猜想、假设、发散性思维、逻辑思维、实验验证等研究方法的作用． 重点难点：1.“同时”的相对性和空间相对性的验证． 2．长度的相对性及时间间隔的相对性．
2．对经典力学的相对性原理的认识 (1)经典力学的相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的． (2)这里的力学规律指的是“经典力学规律”． (3)本原理可以有不同表示，比如：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另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的．
18学年高中物理课时跟踪检测十五牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界鲁科版3_41801293115
课时跟踪检测(十五) 牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界(时间：30分钟满分：50分)一、选择题(共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。
)1．下列关于狭义相对性原理的说法中正确的是( )A．狭义相对性原理是指力学规律在一切参考系中都相同B．狭义相对性原理是指一切物理规律在一切参考系中都相同C．狭义相对性原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都相同D．狭义相对性原理与经典相对性原理没有区别2．下列说法中正确的是( )A．相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题B．在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c－vC．在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c＋v D．迈克耳孙－莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的3．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面的某处，v A＞v B，在A火箭上的人观察结果正确的是( )A．火箭A上的时钟走得最快B．地面上的时钟走得最快C．火箭B上的时钟走得最快D．火箭B上的时钟走得最慢4.惯性系S中有一边长为l的正方形，如图1所示，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是图2中的( )图1图25．用相对论的观点判断下列说法中正确的是( )A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B．在地面上的人看来，以 10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉不到，地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v远小于c时，“长度收缩”和“时间膨胀”效应可忽略不计6．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与(u′＋v)的关系是( ) A．u＝u′＋v B．u＜u′＋vC．u＞u′＋v D．以上均不正确二、非选择题(共2小题，共20分)7．(10分)一张宣传画是边长为5 m的正方形，一高速列车以2×108m/s的速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？8．(10分)假如有一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v＝0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)，而后又飞回地球。
鲁科版高中物理选修3-4同步练测：第六章第一节牛顿眼中的世界第二节爱因斯坦眼中的世界第2课时
第一节 牛顿眼中的世界 第二节 爱因斯坦眼中的世界建议用时 实际用时满分 实际得分90分钟100分一、选择题（本题包括8小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共32分）1.在一惯性系中观测，两个事件同地不同时，则在其他惯性系中观测，它们（ ）A.一定同时B.可能同时C.不可能同地，但可能同时D.不可能同地，也不可能同时2.惯性系中有一边长为 的正方形，从相对 系沿方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是图1中的（）图13.甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时乙在地面上看甲手中沿火车前进方向放置的尺，则下列说法正确的是（ ）A.甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度大B.甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度小C.乙看到甲手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度大D.乙看到甲手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度小4.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）A.这个人是一个矮胖子 B.这个人是一个瘦高个子C.这个人矮但不胖D.这个人瘦但不高5.设航天英雄杨利伟乘坐的火箭在高速升空时（接近光速），他用望远镜来观察高空中飘浮的巨大气球，则观察结果是（）A.变得更小的球 B.变得更大的球C.像一只竖直放置的橄榄球D.像一只水平放置的橄榄球6.一列火车以接近光的速度从我们身边飞驶而过，下列说法中正确的是（ ）A.我们感到车厢和车窗的高度都变高了B.我们感到车厢和车窗的高度都变矮了C.我们感到车厢的前后壁的距离变小了D.车上的人认为车上与车下的情况都与往常一样7.话说有兄弟俩个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是（ ）A.哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B.弟弟思念哥哥而加速生长了C.由相对论可知，物体速度越大，其时间进程越慢，生理进程也越慢D.这是神话，科学无法解释8.根据经典物理学知识，关于人们对时间和空间的认识，下列说法正确的是（ ）A.时间和空间是绝对的，与物质的存在和物质的运动都无关B.时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间也无联系C.时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系D.时间和空间不能脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.。
2013-2014高中物理 6-1.2 牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界 鲁科版选修
【创新设计】2013-2014高中物理 6-1.2 牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界鲁科版选修3-41．下面说法正确的是( )．A．在以11 000c竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大B．在以11 000c竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小C．在以11 000c竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为cD．在以11 000c竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c 解析根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：真空中的光速相对于火箭的速度为c，相对于地面的速度也为c，对不同的惯性系是相同的，因此C、D正确，A、B 错误．答案CD2．如果牛顿定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，那么在参考系B中( )．A．牛顿定律也同样成立B．牛顿定律不能成立C．A和B两个参考系中，一切物理定律都是相同的D．参考系B也是惯性参考系解析根据狭义相对性原理，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是相同的，那么C 正确．答案ACD3．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )．A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高解析取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D.答案 D4．关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是( )．A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的解析根据狭义相对论的两个基本假设，A、C正确．答案AC5．话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，那么该现象的科学解释是( )．A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B．弟弟思念哥哥而加速生长了C．由相对论可知，物体速度越大，在其上时间进程就越慢，生理过程也越慢D．这是神话，科学无法解释解析根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的．飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢．答案 C6．要描述一个物体的运动，必须选择__________．答案参考系7．20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦建立了__________，使人们对时空观的认识产生了根本性的变革．答案狭义相对论8．绝对时空观的特点是：__________、__________，时间和空间都是绝对的．答案时间和空间是分离的时间尺度和空间尺度与物体运动无关9．在经典力学中，__________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_________________________________．答案牛顿运动定律惯性系10．一切惯性系中，光在真空中的传播速度都是c，与__________无关．答案光源运动11．惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )．解析由相对论知识易得运动方向上的边长变短，垂直运动方向的边长不变，C图象正确．答案 C12.如图6－1、2－3所示，车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的光球，从车厢中点以相同的速率v0分别向前后匀速运动(相对于车厢)，问：(1)在车厢内的观察者看来，光球是否同时到达两壁？(2)在地面上的观察者看来两光球是否同时到达两壁？解析在车上的观察者看来，A球所用时间t A＝L 2v0＝L2v0，B球所用时间t B＝L2v0＝L2v0，因此两球同时分别到达前后壁．而地上的观察者看来，球A先到达后壁．因为地面观察者认为球A向后位移小，而速度相同，所以，向后运动的球A需要较短的时间到达后壁．答案(1)同时到达(2)不同时到达图6－1、2。
鲁科版高中物理选修(3-4)-6.2《爱因斯坦眼中的世界》参考教案
§6-2 爱因斯坦眼中的世界◆教学目标一、知识与技能：（1）同时的相对性（2）运动长度的收缩（3）时间间隔的相对（4）了解时空相对性的验证（5）了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别二、过程与方法：（1）理解同时相对性的推演过程（2）理解从“同时相对性”出发得出“运动长度和时间间隔的相对性”的过程三、情感态度和价值观：（1）体会相对论崭新的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。
（2）辩证地看待经典物理理论◆教学重点、难点从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性◆教学方法阅读小结◆教学手段多媒体课件◆教学活动一、狭义相对论的两条基本原理狭义相对论的两个基本原理：① 狭义相对性原理——物理定律对于所有的惯性系都具有相同的形式②光速不变原理——在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关对2个基本原理的正确理解：①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；②强调真空中的光速光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。
二、狭义相对论中的时间与空间1、“同时”的相对性知道“同时”的相对性是相对论两个假设的直接推论。
讲解过程中要强调理解的出发点必须是两个假设，否则无法理解。
两种情景中点发光情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁讲解关键：在各个参考系中光速都为c情况2：地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的利用相对运动原理，可假设车静人动，人和地面相当于火车，结果与前面相似让学生自己分析课本上的“思考与讨论”2、长度的相对性。
鲁科版高中物理选修(3-4)-6.1《牛顿眼中的世界》教学案
6.1牛顿眼中的世界教学目标一、知识与技能：（1）了解相对论诞生的历史背景，知道麦克尔孙---莫雷实验（2）了解经典的相对性原理（3）知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾二、过程与方法：（1）了解对经典物理学内部矛盾的探索过程（2）理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推理方法三、情感态度价值观：明确物理理论的发展的基础——实验教学重点、难点狭义相对论的两点假设教学过程介绍相对论诞生的历史背景:一、经典的相对性原理力学规律在任何惯性参考系中都是的。
还可以表述为：在任何惯性参考系中无法用任何力学实验判断该参考系相当于另一个参考系是静止的还是做匀速直线运动，即任何惯性参考系都是平权的。
二、绝对时空观经典力学总结了低速物体的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观。
绝对时空观认为时间和空间不会随不同而变化，也就是时间和空间是。
三、寻找“以太”-------麦克尔孙---莫雷实验1888年，用实验证明了电磁波的存在。
用实验是一个测量地球相对“以太”运动的典型实验。
时间和空间是两个相对时空观独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。
绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，不同而变化习题1．在经典力学中，__________________是力学规律的基础，若它在某个参考系中成立，则这样的参考系叫______________。
2．相对性原理是指在不同的_____________参考系中，一切物理定律都是_____________的；光速不变原理是指真空中的光速在不同的_____________参考系中都是_____________的。
3．假设有一天你坐在神州七号的飞船舱内，且看不到舱外的景物。
当飞船静止或做匀速直线运动时，你_____________（填“能”或“不能”）感觉到飞船是静止的还是运动的。
2018-2019学年鲁科版选修3-4 牛顿眼中的世界 、爱因斯坦眼中的世界 第1课时作业
第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界1．(多选)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是惯性系D．力学规律在任何惯性系中都是相同的【解析】经典相对性原理是指力学规律在所有惯性参考系中都是成立的．这里对参考系是有条件的，即必须是惯性参考系，非惯性参考系是不适合的．而惯性参考系并不仅指静止的参考系，相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系也是惯性系．【答案】CD2．下列关于狭义相对论原理的说法中正确的是()A．狭义相对论原理是指力学规律在一切参考系中都成立B．狭义相对论原理是指一切物理规律在一切参考系中都成立C．狭义相对论原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都成立D．狭义相对论原理与经典相对性原理没有区别【解析】根据狭义相对论原理的内容，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．一定要注意它和经典相对性原理的区别，即狭义相对性原理中的“规律”是一切物理规律，而经典相对性原理中的“规律”只是指经典物理学的规律，范围比前者小许多．【答案】 C3．(多选)用相对论的观点判断下列说法正确的是()A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计【解析】相对论观点是时间、空间是相对的；运动的时钟会变慢；沿运动方向的长度会收缩．【答案】CD4．广州的一个人在听到收音机报时：“刚才最后一响是北京时间7点整”的时候，他在最后一响时，把表对到7点整，北京的钟和广州的钟是一致的吗？怎样才能使它们一致？【答案】电磁波的传播速度等于光速，从北京传到广州，是需要一定时间的．当广州的人听到报时声时，北京的钟已到达“7点整”一段时间了，所以不一致，北京的钟先到“7点整”，要想两地的钟一致，可以在北京和广州的连线中点报时，两地同时拨钟才会一致5.π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s(在以自己为参考系中测得)．如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室参考系中测量的π＋介子寿命多长？π＋介子在衰变前运动了多长距离？【审题指导】 根据“时间延缓效应”公式Δt ＝Δt ′1－（v c ）2判断时间，再根据s ＝v·Δt 判断运动的距离．【解析】 π＋介子在实验室参考系中测量的寿命为：Δt ＝Δt ′1－（v c ）2＝ 2.6×10－81－（0.8）2 s ＝4.3×10－8 s. 该粒子在衰变前运动的距离s ＝v·Δt ＝0.8×4.3×10－8×3×108 m ＝10.32 m.【答案】 4.3×10－8 s 10.32 m6．远方的一颗星以0.8 c 的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？【解析】 因为Δt ＝Δt ′1－（v c ）2所以Δt′＝Δt ·1－（v c ）2 Δt ＝5昼夜 v ＝0.8c 所以Δt ′＝5×1－（0.8）2昼夜＝3昼夜．【答案】 3昼夜.7.有一太空船以0.8c 的速度飞越“月球太空站”．一科学家在月球上量得运动中的太空船长度为200 m ，此太空船最后在月球上登陆，此科学家再度测量静止的太空船的长度，他测量的结果如何？【审题指导】 根据“长度收缩效应”公式l ＝l 01－（v c ）2进行判断．【解析】 在月球上测得运动的飞船的长度为l ，静止飞船的长度为l 0，依据狭义相对论的长度收缩效应关系式， 有l ＝l 01－（v c）2 所以l 0＝lc c 2－v 2＝200c c 2－0.82c 2m ≈333 m. 【答案】 333 m8．一张宣传画是边长为5 m 的正方形，一高速列车以2×108 m/s 的速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？ 【解析】 l ＝l′1－（v c ）2＝5×1－（2×1083×108）2 m ＝3.7 m ，在垂直运动方向上长度不变，所以看到的是一张3.7×5 m 2的宣传画．【答案】 看到的是一张3.7×5 m 2的宣传画9.设有一飞行器以v ＝0.8c 的速度在地球上空飞行，如果这时从飞行器上沿其前进方向发射一物体，设该物体相对于飞行器的速度u′＝0.9c ，问从地面上观察，该物体的速度多大？【解析】 设地面参考系为S 系，飞行器参考系为S′系，由相对论速度叠加公式，从地面参考系S 中观察到的物体的速度为u ＝u ′＋v 1＋vu′c 2＝0.9c ＋0.8c 1＋0.8×0.9＝0.99c. 【答案】 0.99c10．光子火箭船相对地面以v 1＝0.9c 沿＋x 方向飞行，光子炮弹相对于火箭船以速度v 2＝0.9c 向前射出，求从地面观测到的光子炮弹的速度．【解析】 以地面为S 系，以火箭为S′系，则v ＝v 1＝0.9c ，u ′x ＝v 2＝0.9 c ，所以u x ＝u ′x ＋v 1＋v c 2u ′x ＝0.9c ＋0.9c 1＋0.9c c 2×0.9c＝0.994c. 【答案】 0.994c。
2015-2016学年鲁科版选修3-4 牛顿眼中的世界 爱因斯坦眼中的世界 教案 含答案
第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界（教师用书独具)●课标要求知识与技能1。
知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论。
2.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．过程与方法1。
通过学习，提高分析物理现象与定理定律矛盾的能力.2.通过时间间隔相对性和长度相对性的推导,培养逻辑推理能力. 3。
通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力．情感态度与价值观1。
通过对本节内容的学习，认识科学假设在科学发现上的重要作用，进一步理解逻辑推理的力量.●课标解读1．理解经典力学的相对性原理．2．了解绝对时空观和迈克尔孙实验．3．理解狭义相对论的两条基本原理．4．知道狭义相对论的几个主要推论．●教学地位在本章第1节中，首先借助伽利略著作中的一段叙述引出经典力学的相对性原理，接着指出这一认识产生的根源在于绝对时空观,自然地引出绝对时空观的介绍以及伽利略变换,指出绝对时空观是经典物理学的支柱．寻找“以太”的迈克尔逊实验对相对论的产生起着举足轻重的作用，在这里也做了介绍,为下面狭义相对论的提出做好铺垫．第2节首先从对迈克尔逊—莫雷实验的“零结果”的探讨出发，引出了爱因斯坦抛弃了经典时空观,并提出了狭义相对论的两条基本原理-—狭义相对性原理和光速不变原理—-的史实．接着讲述了狭义相对论中的时空观．本节最后还介绍了狭义相对论中速度叠加的计算式．本部分内容极其抽象，教师的讲授主要是激起学生的兴趣，给其以观念上的冲击，引导学生积极思考．（教师用书独具）●新课导入建议情景引入当你乘坐学生甲骑的自行车分别以匀速直线运动、加速直线运动时，你以不同方式(自由落体、竖直上抛、平抛等）抛出手中的物体，你与站在路边的乙同学观察到的物体的运动情况一样吗？为了更好地解释有什么不同，我们可以从牛顿的眼中和爱因斯坦的眼中来看这个世界．●教学流程设计错误!⇒错误!⇒错误!⇒步骤3：师生互动完成“探究1”（除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇐步骤6:完成“探究3”（方式同完成“探究1”相同）⇐步骤5：师生互动完成“探究2"(方式同完成“探究1”相同)⇐步骤4:让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论。
2019-2020学年鲁科版物理选修3-4同步配套学案：第6章 第1节 牛顿眼中的世界 第2节 爱因斯坦眼中的世界 W
第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界1.知道经典力学相对性原理，知道绝对时空观以及伽利略变换.2.了解迈克尔孙—莫雷实验及其结果.3.理解狭义相对论的两条基本原理，知道其提出的事实依据.（重点）4.知道同时的相对性、时间延缓和长度的收缩效应，并能用其解决简单的问题.（重点＋难点）5.了解相对论速度叠加规律，能用之进行简单计算.一、牛顿眼中的世界1.经典力学的相对性原理通过任何力学实验，都不可能发现惯性系是处于绝对静止状态，还是在做匀速直线运动.也就是说，不可能通过力学实验测得惯性系的绝对速度.这表明，力学规律在任何惯性系中都是相同的.这个结论称为经典力学的相对性原理.2.绝对时空观（1）在牛顿的世界里，力学规律之所以在任何惯性系中表达形式都相同，其根本原因是时间与空间不会随参考系不同而变化，也就是说时间与空间是绝对的，这就是绝对时空观. （2）绝对时间和绝对空间是经典物理学的支柱.3.寻找“以太”——迈克尔孙实验（1）19世纪的科学家认为，波是振动在介质中的传播，光速c是“以太”介质振动的传播速度.“以太”是绝对静止的，可看成是绝对静止的参考系，光在“以太”中朝各个方向的传播速度皆为c.（2）物理学家们设计了多种检验“以太”存在的实验，其中最著名的是迈克尔孙—莫雷实验，但实验结果证明“以太”是不存在的，这就是迈克尔孙—莫雷实验的“零结果”.（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.（ ）提示：（1）√ （2）√ （3）×二、爱因斯坦眼中的世界1.狭义相对论的两条基本原理（1）狭义相对性原理：物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式.（2）光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c ，与光源的运动和观测者的运动无关.2.狭义相对论中的时间和空间（1）“同时”的相对性：对于一个参考系来说“同时”发生的两件事，对于另一个参考系来说就不一定同时发生了，这就是“同时”的相对性.（2）时间的相对性：①同一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中测量不一定相同.与之相对静止的参考系测得的时间最短，称为固有时；与之有相对运动的参考系测得的时间变长，相对速度越大，测得的时间越长，这就是著名的时间延缓效应.②设Δt 表示静止的惯性参考系中测得的时间，Δt ′表示以速度v 匀速直线运动的参考系中观察同一事件经历的时间，则它们的关系是Δt ＝Δt ′1－v 2c2. （3）长度的相对性：①在狭义相对论时空观中，长度也与观察者的运动状态有关，不同的观察者将会看到空间两点间的距离是不同的.当空间两点相对观察者静止时测得的长度l 0叫固有长度.相对观察者沿两点连线方向以速度v 运动时测得的长度l 变短了，这就是长度缩短效应.②l 0、l 、v 之间有以下关系 l ＝l 01－v 2c2. 3.相对论的速度叠加在一维的情况下，u 是物体相对静止参考系的速度，v 是运动参考系相对静止参考系的速度，u ′是物体相对运动参考系的速度，则狭义相对论的速度叠加公式为u ＝u ′＋v 1＋vu ′c 2.在狭义相对论中，尺子变短只是由于观察者的视觉误差造成的，这种认识是否正确？提示：不正确，在狭义相对论中，尺子变短是由于光速不变原理造成的，与视觉误差没有关系.经典力学的相对性原理及时空观1.经典力学的相对性原理（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）经典力学相对性原理：①内容：力学规律在任何惯性系中都是相同的.②其他表述：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.2.绝对时空观在经典力学里，时间与空间不会随参考系不同而变化，也就是说时间和空间是绝对的.（1）绝对时间：两个同时发生的事件，不论是静止参考系中的观测者还是匀速直线运动参考系中的观测者，他们测得这两个事件发生的时刻都是相同的.某事件经历的时间不会因参考系不同而不同.可见，“同时”是绝对的，时间也是绝对的，时间永远均匀地流逝着，与物质无关，与运动无关.（2）绝对空间：宇宙中存在一个绝对静止的惯性参考系（简称惯性系），力学规律首先应当能在这个参考系中准确地陈述，这个绝对静止的惯性系与时间无关，永恒不变，它可以脱离物质独立存在.这就是绝对空间概念.（3）经典力学的速度叠加原理：在经典力学中如果某一惯性系相对另一惯性系的速度为v ，在此惯性系中有一物体速度为u ′，那么，此物体相对另一惯性系的速度是u ＝v ＋u ′.如图所示，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？[思路点拨]根据速度的叠加和牛顿第二定律可解决此题. [解析]对车上的观察者：物体的初速度v0＝0，加速度a＝Fm＝1 m/s2 10 s时速度v1＝at＝10 m/s.对地上的观察者：物体初速度v0＝20 m/s，加速度相同a＝Fm＝1 m/s2.10 s末速度v2＝v0＋at＝30 m/s.[答案]10 m/s30 m/s在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s，另一个30 m/s，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则.也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的.1.（多选）下列关于经典力学的时空观，说法正确的是（）A.经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的B.在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（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，而与参考系的选取无关C.在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离是绝对的不变的量值，而与参考系选取无关D.经典力学的时空观是一个相对的时空观，时间、空间都与物体的运动有关解析：选ABC.经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关.同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生的，故A、B、C均正确，D错误.狭义相对论的基本原理及时空理论1.狭义相对论基本原理的理解（1）狭义相对论的相对性原理与经典力学的相对性原理的区别：经典力学的相对性原理是指力学规律在任何惯性系中都是相同的.狭义相对论中的相对性原理是指一切客观真实的物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系.狭义相对论中的相对性原理不再局限于力学规律，但所涉及的参考系仅限于惯性系.（2）光速不变原理：迈克尔孙—莫雷实验的“零结果”说明了企图通过电磁学或光学实验测量地球相对“以太”的绝对运动是不可能的，不存在绝对的静止的惯性系.在不同的惯性系中，在不同的方向上，光在真空中的传播速度都是c .2.对相对论时空观的认识（1）“同时”是相对的A 、B 两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关.汽车以较快的速度匀速行驶，分别以地面和汽车为参考系.一个观察者在地面S ′处，另一观察者在汽车车厢中央S 处，且S 处上方有一闪光光源.当汽车经过S ′时，车厢中央的光源发出闪光，对车上的观察者，这个闪光照到车厢前壁和后壁这两个事件是同时发生的；对车下的观察者，他观察到闪光先到达后壁后到达前壁，这两个事件是不同时发生的.（2）长度的相对性（长度缩短效应）长度的测量方法：同时测出杆的两端M 、N 的位置坐标，坐标之差就是测出的杆长.如果与杆相对静止的人认为杆长为l 0.与杆相对运动的人认为杆长为l .则l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2. 一根相对于观测者沿自身长度方向运动的杆，其被测长度总比杆相对观测者静止时的被测长度小，而在与运动方向垂直的方向上，没有这种效应.（3）时间间隔的相对性（时间延缓效应）一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中测量不一定相同.与事件发生地相对静止的观察者测出事件的时间间隔为Δt ′，与事件发生地相对运动的观察者测得事件的时间间隔为Δt .则Δt ＝Δt ′1－⎝⎛⎭⎫v c 2.3.对相对论速度叠加公式的理解相对论认为，如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v ，车上的人以速度u ′，沿着火车前进的方向相对火车运动，那么这个人相对地面的速度u 为u ＝u ′＋v 1＋vu ′c2 . 理解这个公式时应注意：（1）如果火车上的人运动方向与火车的运动方向相反，则u ′取负值.（2）如果v <<c ，u ′<<c ，这时vu ′c 2可以忽略不计，此时相对论的速度叠加公式近似变为u ＝u ′＋v ，这就是经典力学的速度叠加公式.（3）此公式只适用于一维情况，如果u ′与v 的方向垂直或成其他角度，情况比较复杂，该公式不再适用.人马星座a 星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m.设有一宇宙飞船往返于地球和人马星座a 星之间.若宇宙飞船的速度为0.999c ，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多少时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多少？[思路点拨] 注意运动的飞船上的时间延缓效应.[解析] 以地球上的时钟计算：Δt ＝s v ＝2×4.3×10160.999×3×108 s ＝2.87×108 s ＝9年； 若以飞船上的时钟计算：因为Δt ＝Δt ′1－⎝⎛⎭⎫v c 2，所以得Δt ′＝Δt 1－⎝⎛⎭⎫v c 2＝2.87×108×1－0.9992 s ＝1.28×107 s ＝0.4 年. [答案] 9年 0.4年2.如图，假设一根10 m 长的梭镖以光速穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的.以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是（ ）A.梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B.管子收缩变短，因此在某些位置上，管子恰好遮住梭镖C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D.所有这些都与观察者的运动情况有关解析：选D.如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全处在管子内部.然而当你和梭镖相对静止时，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.答案为D.典型问题——两种时间观的比较1.经典时空观（1）在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中也是同时的.（2）在不同的惯性系中观察，一条杆的长度总是相同的.（3）在不同的惯性系中，发生的某两个事件的时间间隔总是相同的.即经典时空观认为：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间没有联系，即与物质的运动无关.2.相对论时空观（1）在同一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是不同时. （2）一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，但在垂直于杆运动的方向上，杆的长度不变.（3）某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是不同的，两个惯性系的相对速度越大，时间进行得越慢，非但如此，一切物理、化学过程和生命过程都变慢了.即相对论时空观认为：空间和时间与物质运动状态有关.（多选）下列关于经典力学的时空观和相对论时空观的说法正确的是（）A.相对论时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的B.在经典力学的时空观中，时间间隔是相对的，即任何事件（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，而与参考系的选取有关C.在相对论时空观中，空间距离是相对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离与参考系选取有关D.经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动状态无关[解析]经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关，同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生的.相对论的时空观认为，时间、空间均是相对的，与物体的运动状态有关，同时也是相对的.[答案]CD（多选）用相对论的观点判断，下列说法正确的是（ ）A.时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B.在地面上的人看来，高速运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C.在地面上的人看来，高速运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D.当物体运动的速度v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计解析：选BCD.时间和空间都是相对的，故选项A 的说法错误；根据“时间膨胀”和“长度收缩”效应，选项B 、C 的说法正确；当速度v ≪c 时，1－⎝⎛⎭⎫v c 2≈1，所以“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计，故选项D 说法正确.。
6.2《爱因斯坦眼中的世界》教案(鲁科版选修3-4)
6． 2《爱因斯坦眼中的世界》学案【学习目标】1．理解狭义相对性的两条基本原理。
2．知道同时的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性。
3．了解相对论速度叠加规律。
【学习重点】理解狭义相对性的两条基本原理，同时、长度和时间间隔的相对性【知识要点】1．狭义相对性的两条基本原理<1）狭义相对性原理：物理规律<力学、电磁学、光学等）对于所有惯性系具有相同的形式。
其意思是一切客观真实的物理规律在任何惯性系中的表述形式应该完全相同，与所参照的坐标系究竟是用两个在相互匀速移动着的坐标系中的哪一个无关。
NMieVaAk3C<2）光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度为c，与光源运动和观测者的运动无关。
2．狭义相对性中的时间与空间⑴“同时”是相对性⑵长度的相对性<尺缩效应）⑶时间间隔的相对性3．相对论速度叠加公式【典型例题】例题1：一张宣传画 5 m见方，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以2×108 m/s的速度接近此宣传画，这张画由司机测量将成为什么样子？(利用5－1式>NMieVaAk3C解读：注意，垂直速度方向的长度不变，仍然是 5 m，运动方向上长度变短，即为：L=L0=5×m=3.7 m所以，司机看到的画面尺寸为：5×3.7 m2,即形状由正方形变成了长方形.例题2：一个以2*108m/s的速度运动着的球<半径a），静止着的人观察球会是什么形状？解读：根据相对论的关系l1=l得，运动方向上a1=a= a 椭球形【达标训练】1．一辆小车在地面上运动的速度为，有一人在行进的小车上向前走动，相对于车的速度为，则关于此人的运动速度的描述中说法正确的是< ）NMieVaAk3CA．在牛顿的经典力学中描述出的人的对地速度为B．在相对论中描述出的速度为C．由于相对论中同一过程的位移和时间的测量在不同的参照系中是不同的，故式子不能成立D．在牛顿的经典力学中位移和时间的测量与参照系无关，在不同惯性参照系中所有位移和时间的测量结果相同。
物理鲁科版选修3-4素材：知识导航第2节爱因斯坦眼中的世界含解析
第2节爱因斯坦眼中的世界思维激活在高速火车上对地面长度的测量和时间的计算与地面上的人一样吗？提示：经典物理学认为，时间和空间是绝对的，是脱离物质而存在的,与物质的运动无关，因此无论是在高速火车上还是在地面上测量的结果应是相同的.但狭义相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，在高速火车上(速度大小可与光速相比拟)，对地面长度的测量会比在地面上测的短一些，对时间的测量会比在地面上测的时间长一些。
自主整理一、狭义相对论的两条其本原理狭义相对性原理：物理规律对于所有惯性系都具有_____________。
光速不变原理：在任何惯性系中,光在真空中的速度_____________，与_____________无关。
以上两个原理叫做狭义相对论,狭义相对论只涉及_____________的物理规律。
二、狭义相对论中的时间和空间1。
根据狭义相对论，“同时"不再具有绝对的意义，“同时"是_____________。
运动的时钟会变_____________,这就是_____________效应.2.根据狭义相对论,长度与观察者的_____________有关，运动的物体在运动方向上发生了_____________,这就是_____________效应.三、相对论的速度叠加1.狭义相对论的速度叠加公式为_____________,由该公式可推知,光速在静止参考系和运动参考系中具有相同的数值是_____________.2.在低速世界，物体的运动可以用_____________来描述,而在高速世界，物体的运动必须用_____________来描述.高手笔记1。
对狭义相对论的认识（1）经典的相对性原理不能解释光速问题，从迈克尔逊—莫雷实验的“零结果”出发，爱因斯坦提出了狭义相对性原理和光速不变原理，建立了狭义相对论。
（2)“同时”的相对性、运动的时钟变慢、运动尺子的长度收缩等,即“动钟变慢”效应和“动尺缩短”效应，是狭义相对论关于时空理论的重要结论.这些效应只有在高速运动的情况下,才会有明显的观测结果,在低速世界中（v<<c ）这些效应可以忽略。
鲁科版高中物理选修3-46.1 牛顿眼中的世界 同步练习.docx
高中物理学习材料（鼎尚**整理制作）6.1 牛顿眼中的世界 同步练习1.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是惯性系D.力学规律在任何惯性系中都是相同的解析:经典相对性原理是指力学规律在所有惯性参考系中都是成立的,这里对参考系是有条件的,即必须是惯性参考系.非惯性参考系是不适合的,而惯性参考系并不仅指静止的参考系,相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系也是惯性系. 答案：CD2.经典力学没有也不会穷尽一切理论,它也有_________性:只适用于_________运动,不适用_________于运动.答案：相对 低速 高速3.牛顿的经典力学只适用于_________、_________物体. 答案：低速 宏观4.时间与空间具有确定性,这就是经典力学中的_________时空观. 答案：绝对5.迈克尔逊—莫雷实验说明了什么?答案：迈克尔逊—莫雷实验没能观测到预期的现象,即没能观察到干涉条纹的移动.这说明光沿任何方向传播时,相对于地球的速度是相同的6.一条河流中的水以相对于河岸的速度v 水岸流动,河中的船以相对于河水的速度v船水顺流而下,在经典力学中,船相对于岸的速度为:v 船岸=____________.答案：v 船水+v 水岸7.在不同的惯性参考系中,物体的运动情况可能不同.例如在车上看,座位上的人是静止的,在地面看,他是运动的;在船上看,桅杆上掉下来的物体在做自由落体运动,在岸边看,物体在做平抛运动……但是,它们在不同的惯性系中遵从的力学规律一样吗?也就是说,地面物体的运动要遵守牛顿运动定律,车上、船上的物体呢？ 解析:根据经典力学的相对性原理,在不同的惯性参考系中,一切力学物理规律都是相同的,所以不管地面上的运动物体,还是车上的、船上的,都遵从相同的力学规律.答案：见解析8.广州的一个人在听到收音机报时：“刚才最后一响是北京时间7点整”的时候，他在最后一响时，把表对到7点整，北京的钟和广州的钟是一致的吗？怎样才能使它们一致？解析:电磁波的传播速度等于光速,从北京传到广州,是需要一定时间的.当广州的人听到报时声时,北京的钟已到达“7点整”一段时了，所以不一致，北京的钟先到“7点整”，要想两地的钟一致，可以在北京和广州的连线中点报时，两地同时拨钟才会一致.。
鲁科版高中物理选修3-4同步练测：第六章第一节牛顿眼中的世界第二节爱因斯坦眼中的世界第1课时.docx
鼎尚高中物理学习材料（鼎尚**整理制作）第一节 牛顿眼中的世界 第二节 爱因斯坦眼中的世界建议用时 实际用时满分 实际得分90分钟100分一、选择题（本题包括10小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共40分） 1.下列说法中正确的是（ ）A.17世纪末期，以经典力学、热力学与统计物理学、电磁场理论为主要内容的物理学形成了完整的科学体系B.1632年爱因斯坦发表了《关于两个世界体系的对话》C.牛顿运动定律仅在惯性系中才能成立D.力学规律在任何惯性系中都是相同的,这个论述叫做伽利略相对性原理2.下列哪些说法符合狭义相对论的假设（ ）A.在不同的惯性系中，一切力学规律都是相同的B.在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的C.在不同的惯性系中，真空中的光速都是相同的D.在不同的惯性系中，真空中的光速都是不同的 3.关于电磁波，下列说法正确的是（）A.电磁波与机械波一样都有衍射、干涉现象，所以它们没有本质的区别B.在一个与光速方向相对运动速度为 的参考系中，电磁波的传播速度为或 C.电磁场是独立的实体，不依附在任何载体中 D.伽利略相对性原理包括电磁规律和一切其他物理规律 4.下列几种说法：(1)所有惯性系统对物理基本规律都是等价的. (2)在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关.(3)在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同.关于上述说法( ) A.只有(1)(2)是正确的 B.只有(1)(3)是正确的C.只有(2)(3)是正确的D.三种说法都是正确的5.关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是( ）A.适用于宏观物体B.适用于微观物体C.适用于高速运动的物体D.适用于低速运动的物体6.下列说法中正确的是（ ）A.相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题B.在真空中，若物体以速度 背离光源运动，则光相对物体的速度为C.在真空中，若光源向着观察者以速度 运动，则光相对于观察者的速度为D.麦克耳孙—莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的 7.下列物体的运动服从经典力学规律的是（ ） A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动鼎尚B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动C.物体运动的速率接近真空中的光速D.能量的不连续现象 8.以下说法中正确的是（ ）A.经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的B.经典物理规律也适用于高速运动的物体C.力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的D.力学规律在任何惯性系里都是等价的 9.下列说法正确的是（ ）A.在以 的速度沿竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比 大B.在以 的速度沿竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比 小C.在以 的速度沿竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光，对地速度为D.在以 的速度沿竖直方向升空的火箭上沿任一方向发出的光，对地速度都为 10.设某人在以速度为0.5 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1.5B.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是D.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是 二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.请将正确的答案填到横线上）11.设有甲、乙两人，甲以2 m/s 的速度向东行走，乙以1.5 m/s 的速度向西行走，求甲相对乙的速度大小为.12.20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦建立了 ，使人们对时空观的认识产生了根本性的变革.三、计算题（本题共4小题，共48分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）13.（11分）试述经典力学的时空观及所遇到的困难.14.（14分）请同学们考虑并回答以下几个问题： (1)如图1所示，参考系 ′相对于参考系 静止时，人看到的光速应是多少？图1(2)参考系 ′相对于参考系 以速度 向右运动，人看到的光速应是多少？(3)参考系 ′相对于参考系 以速度 向左运动，人看到的光速又是多少？15.（11分）（讨论题）请同学们讨论一下狭义相对论为什么叫做假设而不叫做原理？16.（12分）如图2所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为 =5 kg 的小球，正随车厢以20 m/s 的速度匀速前进.现在给小球一个水平向前的 =5 N 的拉力作用，求经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2第一节牛顿眼中的世界第二节爱因斯坦眼中的世界答题纸得分：一、选择题题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案二、填空题11． 12.三、计算题1314.1516.鼎尚鼎尚第一节 牛顿眼中的世界第二节 爱因斯坦眼中的世界 参考答案一、选择题1.CD2.ABC3.C4.D 解析：狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的，即（1）（2）都是正确的.光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的.即光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的.5.AD6.D7.AB 解析：经典力学规律只适用于宏观、低速物体的运动，所以A 、B 正确，C 错误；能量的不连续现象涉及量子论，不适合用经典力学来解释，所以选项D 错误.8.D 解析：在所有惯性系中，一切物理规律都是等价的，故D 正确，C 错误；经典物理规律是狭义相对论在低速状态下的一个近似，所以经典物理规律只适用于低速运动的物体，而经典物理中的速度合成公式也只适用于低速情况，故A 、B 均错误.9.CD 解析：根据光速不变原理可知，光速在不同惯性参考系中总是相同的.10. CD 解析：根据狭义相对论的两个基本假设之一；光速度不变原理可知，观察者在地面上、飞船中观测光的速度均为 ，故C 、D 正确，A 、B 错误. 二、填空题11.3.5 m/s 解析：本题主要是考查了速度的相对性，确定一个物体速度的前提是参考系的选取，首先要分析知道甲是以乙为参考系的，然后转化为数学问题进行求解.设甲相对乙的速度为 ,则 m/s m/sm/s.12.三、计算题13.经典力学的时空观认为：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.按该观点和伽利略的相对性原理，就会得到在不同的惯性系中所测得的光速是不同的.而实验事实却是光速不变，这样实验事实便与理论产生了矛盾，使经典力学时空观遇到了困难.14.三种情况都是 解析：根据狭义相对论理论，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，都应是 . 15.虽然这两个假设可以由麦克尔孙—莫雷实验直接推出，但毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度. 16.10 m/s 30 m/s解析：物体的初速 ，加速度=1 m/s 2.10 s 时的速度10 m/s方法一：物体初速度=20 m/s加速度m/s210 s 末速度30 m/s鼎尚m/s=30 m/s注意：在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s ，另一个30 m/s ，但我们却用了同样的运动定律和速度合成法则.也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的.。
鲁科版高中物理选修3-4同步练测：第六章第一节牛顿眼中的世界第二节爱因斯坦眼中的世界第3课时
高中物理学习材料金戈铁骑整理制作第一节牛顿眼中的世界第二节爱因斯坦眼中的世界建议用时实际用时满分实际得分90分钟100分一、选择题（本题包括5小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共25分）1.在一列相对于地面的速度为v的高速行驶的火车上，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，根据相对论速度叠加公式，下列说法正确的是（）A.人相对于地面的速度小于人的速度和火车的速度之和B.人相对于地面的速度大于人的速度和火车的速度之和C.只要人和火车的速度足够大，人相对于地面的速度可以超过光速D.不管人和火车的速度多大，人相对于地面的速度都小于光速2.关于物体的质量，下列说法正确的是（）A.在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的B.在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化C.在相对论力学中，物体静止时的质量最小D.在相对论力学中，物体的质量随物体的速度的增大而增大3.一个物体静止时质量为m0，能量为E0；速度为v时，质量为m，能量为E，动能为E k，下列说法正确的是（）A.物体速度为v时能量E=mc2B.物体速度为v时动能E k=12mc2C.物体速度为v时动能E k=12mv2D.物体速度为v时动能E k=(m−m0)c24.为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法中不正确的是（）A. E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能C.一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D. E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能5.如果宇航员驾驶一艘飞船以接近于光速的速度朝一星体飞行，他是否可以根据下述变化发觉自己在运动( )A.他的质量在减少B.他的心脏跳动慢下来C.他永远不能由自身的变化知道他是否在运动D.他在变大二、填空题（本题共4小题，每小题6分，共24分.请将正确的答案填到横线上）6.太阳的辐射能来自其内部的核聚变反应，太阳每秒向周围空间辐射出的能量约为5×1026J，由于这个原因，太阳每秒都减少质量.把这个质量同太阳目前的质量2×1030kg 做比较是 倍. 7.用质子轰击锂核Li 37，生成2个α粒子，若用m p 表示质子的质量，m 表示锂核质量，m α表示α粒子质量，则此反应中释放的能量∆E = . 8.在一次正负电子湮灭实验中，两个电子相向运动，每个电子相对地面的速度都是0.8c ，它们的相对速度是 .9.（海南高考）设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k 倍.则粒子运动时的质量等于其静上质量的 倍，粒子运动速度是光速的 倍. 三、计算题（本题共4小题，共51分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）10.（10分）北京正负电子对撞机中电子动能E k =2.8×109eV ，求电子速率v 比光速c 小多少？11.（10分）静止的质量为 1 kg 的物体，以10 m/s 的速度运动，具有的动能是多少？与这个动能相对应，它的质量增加了多少？12.（10分）（探究题）一个原来静止的电子，经过100 V 的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？这时能不能使用公式E k =12m 0v 2？13.（11分）设快速运动的介子的能量约为E =3 000 MeV,而这种介子在静止时的能量为E 0=100 MeV.若这种介子的固有寿命为τ0=2×10-6s ，求它运动的距离.(真空中的光速c =2.997 9×108m/s)14.（10分）如果总能量是静能的k 倍，求该粒子的速度.第一节牛顿眼中的世界第二节爱因斯坦眼中的世界答题纸得分：一、选择题二、填空题6． 7. 8． 9.三、计算题10.11.1213.14.第一节牛顿眼中的世界第二节爱因斯坦眼中的世界参考答案一、选择题1.AD2.ACD3.AD4.D 解析：爱因斯坦的质能方程反映了物体质量与能量、质量变化与能量变化间的关系.式中的能量并非单指核能，而是表示物体具有的各种能,故A、B、C正确，D错.5.C 解析：宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始终为零，因此他不可能发现自身的变化，所以选项A、B、D错误，选项C正确.二、填空题6.2.8×10-21 解析：由爱因斯坦质能方程可知：ΔE=Δmc2,可得Δm=ΔEc2=5×1026(3×108)2kg=5.6×109 kg,倍数n=ΔmM =5.6×1092×1030=2.8×10-21（倍）.7.(m p+m−2mα)c2解析：核反应过程中有能量放出，因此有质量亏损，根据ΔE=Δmc2,而Δm=m p+m−2mα，所以ΔE=(m p+m−2mα)c2.8.0.975 6c9.k√k 2−1k三、计算题10.5 m/s 解析：因为E k≫m0c2(0.511×106 eV)所以E k≈mc2=m0c2√1−(vc )2,得c2−v2=(m0c2E k)2c2又v≈c,故c2−v2=(c+v)(c−v)≈2c(c−v)求得c−v=12((m0c2E k)2c=5 m/s.11.50 J (1√1−(103×108)2−1) kg解析：m=m0√1−(vc )2=1√1−(103×108)2kg则质量增加了：Δm=m−m0=(1√1−(103×108)2−1) kg动能E k=mc2−m0c2=(m0√1−(103×108)2−m0)c2≈12m0v2=12×1×102 J=50 J.12.动能1.6×10-17 J 质量改变了0.02% 速度为5.9×106 m/s 可以使用公式E k=12m v2解析：加速后电子的动能是E k=1.6×10-19×100 J=1.6×10-17 J, E k=mc2−m e c2,所以m−m e=E kc2,即m−m e m e =E km e c2= 1.6×10−179.1×10−31×(3×108)2=2.0×10−4=0.02%.可见电子质量改变了0.02%，说明电子加速后的速度与光速相比仍然很小，因此可以使用E k=12m v2这个公式,得：v=√2E km =√2×1.6×10−179.1×10−31m/s=5.9×106 m/s.13.1.8×104 m解析：根据E=mc2=m0c2√1−(vc )2=E0√1−(vc)2可得1√1−(vc )2=EE0=30由此求出v≈2.996×108 m/s 又介子运动的时间τ=τ0√1−(vc )2=30τ0,因此它运动的距离l=vτ=v·30τ0≈1.8×104 m.14.ck √k2−1解析：粒子总能量E=mc2=km0c2，所以m=km0=0√1−(vc)2，即v=√k2−1kc=ck√k2−1.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课时跟踪检测(十五) 牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界
(时间：30分钟满分：50分)
一、选择题(共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。
)
1．下列关于狭义相对性原理的说法中正确的是( )
A．狭义相对性原理是指力学规律在一切参考系中都相同
B．狭义相对性原理是指一切物理规律在一切参考系中都相同
C．狭义相对性原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都相同
D．狭义相对性原理与经典相对性原理没有区别
2．下列说法中正确的是( )
A．相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题
B．在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c－v
C．在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c＋v D．迈克耳孙－莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
3．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面的某处，v A＞v B，在A火箭上的人观察结果正确的是( )
A．火箭A上的时钟走得最快
B．地面上的时钟走得最快
C．火箭B上的时钟走得最快
D．火箭B上的时钟走得最慢
4.惯性系S中有一边长为l的正方形，如图1所示，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是图2中的( )
图1
图2
5．用相对论的观点判断下列说法中正确的是( )
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上的人看来，以 10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的
C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉不到，地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
D．当物体运动的速度v远小于c时，“长度收缩”和“时间膨胀”效应可忽略不计6．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与(u′＋v)的关系是( ) A．u＝u′＋v B．u＜u′＋v
C．u＞u′＋v D．以上均不正确
二、非选择题(共2小题，共20分)
7．(10分)一张宣传画是边长为5 m的正方形，一高速列车以2×108m/s的速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？
8．(10分)假如有一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v＝0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)，而后又飞回地球。
根据A在地球上的观测，大角星离地球有40 万光年远，这次B 往返飞行经历的时间为80.8年。
如果B在离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问：当B 回到地球时，他们的年龄各有多大？
答案
1．选C 根据狭义相对论的基本原理以及经典相对论的原理可知选项C正确。
2．选D 相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及到相对哪个参考系才成立的问题，故选项A错误；根据狭义相对论的光速不变原理，故选项B、C错误，D正确。
3．选A 根据相对论理论知，相对观察者速度越小的时钟走得越快，火箭A上的时钟相对观察者的速度最小是零，故A正确。
4．选C 飞行器与被测正方形沿x方向发生相对运动。
由相对论时空观可知，在该方向上会发生长度收缩效应，因此该方向测得的长度小于l，y方向与相对运动方向垂直，故
y 方向上测得的长度仍为l ，故正确选项为C 。
5．选D 时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以选项A 、B 错误；由l ＝l 0
1－⎝ ⎛⎭
⎪⎫v c
2可知，两处的人都感觉l ＜l 0，所以选项C 错误；由尺缩效应和钟慢效
应公式可知，当v 远小于c 时，尺缩效应和钟慢效应都可以忽略不计，所以选项D 正确。
6．选B 按照经典时空观，u ＝u ′＋v ，实际上，根据相对论速度变换公式：u ＝u ′＋v
1＋u ′v c
2
，
1＋
u ′v c
2＞1，
所以严格地来说，应当u ＜u ′＋v ，而经典时空观u ＝u ′＋v ，是在u ′v ≪c 2
时的一种近似，而只有在u ′v 的积与c 2
相比较不能忽略时，才能显明地看出u ＜u ′＋v ，故只有B 正确。
7．解析：l ＝l ′
1－
v c
2
＝5×
1－2×108
3×10
8
2
m ＝3.7 m ，在垂直运动方向上
长度不变，所以看到的是一张3.7×5 m 2
的宣传画。
答案：看到的是一张3.7×5 m 2
的宣传画
8．解析：设B 在飞船惯性系中经历时间为t ′，根据时间延缓效应得t ′＝
t ′
1－⎝ ⎛⎭
⎪⎫v c 2
，
即80.8＝
t ′
1－
2
解得t ′＝35.2年
所以B 回到地球时的年龄为20＋35.2＝55.2(岁) 此时A 的年龄为20＋80.8＝100.8(岁)。
答案：A 的年龄为100.8岁 B 的年龄为55.2岁。