5.2 电磁场理论引发的怪异问题 狭义相对论的基本原理学案 沪科版选修
高中物理 《电磁场理论引发的怪异问题》教案 沪科版选修3-4
【课题】电磁场理论引发的怪异问题【教学目标】（一）知识与技能（1）了解相对论诞生的历史背景，知道麦克耳孙一莫雷实验（2）了解经典的相对性原理（伽利略相对性原理）（3）进一步认识经典电磁理论的缺陷（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）理解爱因斯坦对电磁现象的科学探究思想方法和发现（三）情感、态度与价值观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。
【学情分析】学生已经学习了经典物理学的绝大部分基本知识，已经习惯了在经典时空观下思考问题，对教材介绍的实验理解，已有相关知识的支持。
学习的难点在于新问题新结论的得出，因此教学中应注意把教学重点放在，逻辑推理的基础和逻辑推理的过程上。
【教学思路】通过在具体实例中提出问题、揭示矛盾、引发学生思考，然后通过相对论假设进行逻辑推理，得出结论。
【教学重点】1、明确狭义相对论的一个重要的理论基础——迈克尔孙-莫雷实验2、了解爱因斯坦的探究及发现——经典物理学存在问题的症结在于运动学的基本概念上。
【教学难点】通过实验探究和理论分析，发现经典物理学（从电磁学入手）存在的问题。
【教学方法】讲授法+自主学习法【教学过程】新课引入：19世纪后半叶，电磁理论已被证实是正确的，并确认光是电磁波。
由于当时人们按照机械波传播时需要介质，认为电磁波和光的传播也需要要介质，而事实表明电磁波和光在真空中也可以传播。
在真空中是借助什么介质传播的呢？传播电磁波和光的介质一时找不到，当时人们便接受了亚里士多德的“以太”学说，认为“以太”就是传播电磁波和光的介质。
那么光速就应该是光相对“以太”的速度。
亚里士多德认为世界有“土、水、火、气”四种元素组成，后来又补充了第五种元素“以太”。
至于“以太”是什么物质，也是人们感到困扰的。
科学发展至今，我们知道电磁波的传播本来就不需要介质。
那么会思考：这“以太”是否存在？一、历史上一个著名的实验：迈克尔孙-莫雷实验1、阅读教材：经典物理中的速度合成公式：P.1032、将经典物理中的速度合成公式用于光的传播问题：按照经典物理理论，假定光在“以太”中的传播速度为c，那么如果观察者相对以太运动的话，观察者测量的光速将不会是c。
2019-2020学年沪教版物理选修3-4同步配套学案：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
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1.了解电磁场理论的局限性.2.了解狭义相对论的基本原理.（重点）一、迈克耳孙—莫雷实验在水平面内不同的方位进行观察，干涉条纹并没有预期的移动，这说明，光在任何方向上传播时，相对于地球的速度都是相同的.也就是说，地球相对于“以太”的速度v 实际上为零，或者说“以太”根本不存在，光速c 是不变的这就是迈克耳孙－莫雷实验的“以太漂移的零结果”. 二、电磁理论的“缺陷”伽利略相对性原理指出：对于力学规律来说，一切惯性系都是等价的.三、狭义相对论的两条公设1.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，这个公设叫做爱因斯坦相对性原理.2.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Ｗ.这个公设叫做光速不变原理Ｗ.四、洛伦兹变换1.x ＝x ′＋vt ′1－v 2c 22.y ＝y ′3.z ＝z ′4.t ＝t ′＋v c 2x ′1－v 2c2 式中c 为光速，这一变换式通常叫做洛伦兹变换.五、同时的相对性同时的相对性是指：在不同的地点发生的两个事件，在一个惯性系里是同时的，但在另一个惯性系里看来却不是同时的.从爱因斯坦的狭义相对论来看，不存在全宇宙普适的同时概念，也就是说“同时”是相对的，跟观察者所选取的参考系有关.理解狭义相对论的两条基本原理1.经典力学的相对性原理和狭义相对性原理的区别经典力学的相对性原理指的是力学规律在任何惯性系中都是相同的.而狭义相对性原理指的是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（不再局限于力学规律）各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系.该原理所涉及的参考系仅限于惯性系.2.光速不变原理(1)内容：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c ，与光源的运动和观察者的运动无关.(2)涉及光速的速度变换根据狭义相对论的速度叠加公式u ＝u ′＋v 1＋u ′v c2，若参考系A 静止，参考系B 相对参考系A 以v ＝nc 运动，光相对于参考系B 以u ′＝c 运动，相对于参考系A 的速度则为：u ＝c ＋nc 1＋c ·nc c2＝c （1＋n ）1＋n ＝c 由该式可知，狭义相对论的速度叠加公式对光速叠加也成立.（多选）下列说法正确的是（ ）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c D.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 [思路点拨] 知道光速不变原理是解决本题的关键.[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] CD本题易误选A 、B.原因是按经典力学的相对性原理得出的，而这一结论是错误的，与狭义相对论中光速不变原理相矛盾.时间的相对性“同时”的相对性(1)“同时”的相对性：“同时”具有相对性，即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的，即同时是相对的.即两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关.(2)同时相对性的理解：如图所示，列车以速度v匀速直线运动，车厢中央有一闪光灯发出光信号，光信号到车厢前壁B为事件1，到车厢后壁A为事件2；地面为S系，列车为S′系.在S′系中的观察者认为：闪光灯发出的光信号以速度c分别向A、B传播，且传播距离相等，则同时照射到B、A上，即事件1、2同时发生.在S系中的观察者认为：闪光灯发出的光信号也是以速度c分别向A、B传播，由于车厢向右运动了一段距离，故光到达B处比到达A处传播的距离大，因此光先照到A处，即事件1、2不是同时发生的.如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC 方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（）A.同时被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮D.无法判断[解析]以列车为参考系，塔A、B、C向左高速运动，列车中的观测者认为光从B→A知，光从B→C用时短，C先被照亮，故C项正确. 的距离大于光从B→C的距离，由t＝lc[答案] C地面上A、B两个事件同时发生.如图所示，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点A、B连线飞行的人来说，哪个事件先发生？解析：以地面为参考系，A、B两个事件同时发生，即如在A、B连线中点C放一时钟，将同时接收到来自A、B的信号.设想该时钟以与火箭相同的速度飞行，则先接收到来自B的信号，后接收到来自A的信号，即以火箭（或火箭上的人）为参考系，B事件先发生.答案：B事件先发生两种时间观的比较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]BCD[随堂检测]1.下列说法中正确的是（）A.研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B.研究高速粒子的运动可用牛顿定律和运动学公式C.研究高速粒子运动要用相对论，研究铅球运动可用牛顿运动定律D.研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律解析：选C.以牛顿运动定律为基础的经典物理学在处理低速、宏观物体的运动时是相当完美的，但对于高速的微观的运动就无能为力了.显然，铅球的运动可以用牛顿定律来解决.而高速粒子的运动则不能用牛顿定律来解决，而要用相对论来解决.2.（多选）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解析：选AD.由经典力学的局限性可知A、D正确.3.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成立B.狭义相对性原理是指一切物理规律在一切参考系中都成立C.狭义相对性原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都成立D.狭义相对性原理与伽利略相对性原理没有区别解析：选C.根据狭义相对性原理的内容，在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的.一定要注意它和伽利略相对性原理的区别，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，范围要比前者小许多.4.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.0.4cB.0.5cC.0.9cD.c解析：选D.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都是相同的，可知D正确.5.飞船在高空以110c的速度向目标飞行，从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？解析：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＋110c＝1.1c，但这一结论是错误的.根据狭义相对论的光速不变原理，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的，这一判断已被迈克耳孙－莫雷实验所证实.答案：在地面的观察者看来光信号的速度为c，不是1.1c[课时作业]一、单项选择题1.属于狭义相对论基本假设的是（）A.真空中光速不变B.时间具有相对性C.物体的质量不变D.物体的能量与质量成正比解析：选A.狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律都相同.2.在一个惯性系中观测，两个事件同地不同时，则在其他惯性系中观测，结果它们（）A.一定同时B.可能同时C.不可能同时，但可能同地D.不可能同时，也不可能同地解析：选B.在两个惯性系中观测，这两个事件可能是同时发生的.3.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解析：选D.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.4.迈克尔孙和莫雷为了寻找以太这个特殊的参考系，做了这样一个实验.如图所示，G1是半透明反射镜，G2是平面玻璃板，M1和M2是相互垂直两臂上放置的两个平面反射镜，E 是目镜，S是光源.让M2平面垂直于地球运动方向，通过迈克尔孙干涉仪的目镜E，可以看到一套干涉条纹.如果以太存在，地球确实相对于以太运动，那么将干涉仪旋转90°，就会观察到另外一套干涉条纹.若干涉条纹发生了移动，我们可以通过测量计算出以太相对于地球的移动速度.实验结果是无论如何也不能观察到干涉条纹的移动.以上事实说明（）A.实验存在误区，所以不能观察到干涉条纹的移动B.说明以太相对于地球移动的速度太小，不容易被测量C.说明根本不存在以太这种特殊介质D.以上说法都不对解析：选C.迈克尔逊－莫雷实验最有力的证明了以太这种特殊的物质是不存在的.5.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′＋vB.u<u′＋vC.u>u′＋vD.以上均不正确解析：选B.经典的时空观，u＝u′＋v.而实际上人对地面的速度u比u′与v之和要小，但只有在接近光速时才能观察此差别.二、多项选择题6.下面关于伽利略相对性原理的说法中正确的有（）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：选CD.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.本题的正确答案为CD.7.设某人在速度为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1.5cB.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：选CD.根据狭义相对论的两个基本假设之一：光速不变原理可知，观察者在地面上、飞船中观测光的速度均为c，故C、D正确，A、B错误.8.如图所示，你站在水平木杆AB的中央附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的，所以，你认为这木杆是平着落到了地面上；而此时飞飞小姐正以接近光速的速度从你前面掠过，她看到B端比A端先落地，因而她认为木杆是向右倾斜着落地的.她的看法是（）A.对的B.错的C.她应感觉到木杆在朝她运动D.她应感觉到木杆在远离她运动解析：选AC.当飞飞小姐掠过木杆时，在她看来，木杆不仅在下落，而且还在朝她运动，因此，在你看来同时发生的两个事件，在飞飞小姐看来首先在B端发生.到底在A和B 处的两个事件是同时发生，还是在B处先发生？这一问题是没有意义的.因为运动是相对的，对运动的描述取决于选择的参考系.对于你来说木杆是平着下落的，对飞飞小姐来说木杆是向右斜着下落的，虽然难以置信，但你和她都是正确的.三、非选择题9.如图所示，一列火车相对地面运动，地面上的人测得光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁.按照火车上的人测量，闪光先到火车的（填“前壁”或“后壁”）.解析：对地面观察者而言，后壁在靠近而前壁在远离时闪光能同时到达，由光速不变原理可确定离光源前近后远，故在火车上的人测量，得到闪光先到前壁.答案：前壁10.一粒子以0.05c 的速率相对实验室参考系运动.此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c ，电子的衰变方向与粒子运动方向相同.求电子相对于实验室参考系的速度.解析：已知v ＝0.05c ，u x ′＝0.8c .由相对论速度叠加公式得u x ＝u x ′＋v 1＋u x ′v c2＝（u x ′＋v ）c 2c 2＋u x ′v ＝（0.8c ＋0.05c ）c 2c 2＋0.8c ×0.05c＝0.817c . 答案：0.817c11.火箭以0.75c 的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号.火箭上测得光离开的速度是c ，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时在地球上测得的光速是多少？根据狭义相对论原理呢？解析：根据过去熟悉的速度合成法则，光相对于地球的速度是：v ＝c －0.75c ＝0.25c .而根据狭义相对论原理，光速与光源、观察者之间的相对运动没有关系，光速仍为c .答案：0.25c c12.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，求经10 s 后，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？解析：对车上的观察者：物体的初速度v 0＝0，加速度a ＝F m＝1 m/s 2， 10 s 末的速度v 1＝at ＝10 m/s.对地面上的观察者：物体初速度v 0′＝20 m/s加速度相同a ＝F m＝1 m/s 2 10 s 末的速度v 2＝v 0′＋at ＝30 m/s.答案：10 m/s 30 m/s。
2013年物理选修3-4册课件：第5章5.1~5.2
课堂互动讲练
对“光速不变原理”的理解
下面说法正确的是( ) 1 A．在以 c 竖直方向升空的火箭上向前发出 1000 的光，对地速度一定比 c 大 1 B．在以 c 竖直方向升空的火箭上向后发出 1000 的光，对地速度一定比 c 小
例1
1 C．在以 c 竖直方向升空的火箭上沿水平方向 1000 发出的光对地速度为 c 1 D．在以 c 竖直方向升空的火箭上向任一方向 1000 发出的光对地速度都为 c
车下的观察者则不以为然．他观测到，闪光先到 达后壁，后到达前壁．他的解释是：地面也是一 个惯性系，闪光向前、向后传播的速度对地面也 是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢 向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程 长些，到达前壁的时刻也就晚些，这两个事件不 同时．
三、狭义相对论的两条公设
匀速直线 1．在所有相互做___________运动的惯性参考系 物理规律 中，___________都是相同的，这个假设叫做爱 因斯坦相对性原理． 匀速直线 2．在所有相互做___________运动的惯性参考系 相等的 中，光在真空中的速度都是________．这个假设 光速不变原理 叫________________．
同时的相对性问题
地面上A、B两个事件同时发生．如图5－ 1－2所示，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点 A、B连线飞行的人来说，哪个事件先发生？
例3
图5－1－2
【自主解答】 以地面为参考系，A、B两个事件 同时发生，即如在A、B连线中点C放一时钟，将 同时接收到来自A、B的信号．设想该时钟以与火 箭相同的速度飞行，则先接收到来自B的信号， 后接收到来自A的信号，即以火箭(或火箭上的人) 为参考系，B事件先发生． 【答案】 B事件先发生 【方法总结】 事件的同时性因参考系的选择而 异．
2019-2020年高中物理 《狭义相对论的基本原理》教案 沪科版必修2
2019-2020年高中物理《狭义相对论的基本原理》教案沪科版必修2教学要求初步了解爱因斯坦相对论建立的背景，知道时间延缓，长度缩短，质速关系，质能关系和时空弯曲。
能运用相对论知识解释简单的现象。
了解经典物理学的局限，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。
初步认识“猜想”，“假设”和“物理模型的构建”在科学研究中的重要作用，培养大胆质疑的勇气和批判意识。
教学重点了解现代物理学的基础知识。
通过物理学史的教育帮助学生建立辩证唯物主义的时空观，同时让学生体会到：科学的发展永无止境；在科学研究中要敢于质疑，不迷信权威，选择科学的研究方法巧妙地解决问题。
教学难点高速世界远离我们所生活的低速世界，不但难以用生活经验来诠释，而且与生活经验相背离，导致学生难以接受。
经典物理学的概念根深蒂固，导致学生对新理论难以理解。
高速实验难以演示，缺乏直观的实验和形象生动的实例使学生难以想象。
学情分析学生已通过一年的物理学习基本建立经典力学的概念体系，牛顿经典时空观与认知世界的协调，以及牛顿力学对现实世界解释的巨大成功，使之对此深信不疑；况且教师在以往的教学中有意避开对牛顿力学成立的先验条件的阐述，因此学生对此缺乏认识，高速世界与牛顿力学的冲突又远离他们的生活经验，不能构成他们进一步求知的动力。
教学目的知识与技能知道世纪之交的晴朗的物理学天空上的两朵乌云，了解其主要内容以及由此所引起的物理学理论的发展与创新。
认识经典力学的实用范围和局限性。
知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。
初步了解相对论时空观中的基本观点，了解狭义相对论和广义相对论。
知道相对论以人类认识高速世界的影响。
过程与方法经历科学家建立相对论的思维探索过程，认识科学思维的意义，学习科学的思维方法，从中体验成功的乐趣。
了解物理学的研究方法，认识理想实验，物理模型和数学工具在科学研究中的重要作用，以及物理验证实验在物理学发展过程中的作用。
情感态度与价值观领略到自然界的奇妙与和谐，发展学生对科学的好奇心与求知欲。
2019-2020年高中物理选修(3-4)5.1-5.2《电磁场理论引发的怪异问题 狭义相对论的基本原理》word学案
2019-2020年高中物理选修（3-4）5.1-5.2《电磁场理论引发的怪异问题 狭义相对论的基本原理》word 学案[学习目标定位] 1.理解伽利略相对性原理.2.了解狭义相对论的两条基本公设.3.由伽利略变换和洛伦兹变换体会经典物理学的时空观和狭义相对论的时空观的不同.4.了解同时的相对性和相对论速度变换公式．1．惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫惯性系，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．迈克耳孙—莫雷实验说明，光在任何方向上传播时，相对于地球的速度都是相同的．即光速c 是不变的．3．伽利略相对性原理：对于力学规律来说，一切惯性系都是等价的． 4．狭义相对论的两条公设为：爱因斯坦相对性原理和光速不变原理． 5．同时的相对性经典物理学家认为同时是绝对的，与参考系无关，狭义相对论的时空观认为同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的． 6．相对论速度变换公式若高速运动的飞船相对于地球的速度为v ，飞船上的某物体以速度u ′沿着飞船前进的方向相对飞船运动，那么物体相对于地球的速度u ＝u ′＋v1＋u ′v c2.一、电磁场理论引发的怪异问题[问题设计]1．举例说明电磁场理论与经典物理学存在着尖锐的矛盾．答案一辆车对地做匀速直线运动速度为v，若自车厢后壁发出一个闪光，按照经典物理速度合成公式，这个闪光对地的速度为V＝c＋v.但电磁场理论中光在真空中的传播速度为c，并不涉及参考系问题．2．迈克耳孙—莫雷实验说明了什么？答案说明光速c是不变的．[要点提炼]1．按经典物理速度合成公式，一个人在相对地面以速度v运动的车或船上，向前进方向掷出一个相对于自己以速度u运动的球，则球相对地面的速度应为V＝u＋v.2．对光的传播应用了经典的物理速度合成公式后，得出的结果与电磁场理论中“光在真空中的传播速度为c”产生了矛盾．即经典的速度合成公式对电磁学不适用．3．迈克耳孙—莫雷实验说明：光在任何方向上传播时，相对地球的速度都是相同的．也就是说，地球相对于“以太”的速度v实际上为零，或者说“以太”根本不存在．光速c是不变的．4．伽利略相对性原理：对于力学规律来说，一切惯性系都是等价的．例1如图1所示，在列车车厢的光滑水平底面上有一个质量为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上的观察者看到小球的速度分别是多少？图1解析对车厢里的观察者＝1 m/s2物体的初速度为0，加速度a＝Fm经10 s时，速度v1＝at＝10 m/s.对地面上的观察者解法一物体初速度v0＝20 m/s加速度相同a＝F＝1 m/s2m经10 s时，速度v2＝v0＋at＝30 m/s.解法二根据速度合成法则v2＝v1＋v0＝(10＋20) m/s＝30 m/s.答案10 m/s30 m/s二、狭义相对论的两条公设[问题设计]1．在伽利略变换中，时间和空间是否有关系，它们与物体的运动有无关系？答案时间和空间是分离的．时间尺度和空间尺度跟物体运动无关，都是绝对的．2．面对电磁场理论与经典物理学之间出现的矛盾，爱因斯坦对时间和空间又是怎样理解的？答案爱因斯坦认为，空间和时间在本质上是统一的，空间和时间不是分离的．[要点提炼]狭义相对论的两个基本公设1．爱因斯坦相对性原理：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．例2考虑以下几个问题：图2(1)如图2所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？解析光速不变原理指的是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．故三种情况下人看到的光速都是c.答案 (1)c (2)c (3)c三、洛伦兹变换、同时的相对性 [问题设计]如图3所示，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，闪光照亮了车厢的前壁和后壁．车上的人观察到闪光同时照亮了前后壁吗？地上的人怎么认为？图3答案 车上的人认为闪光同时照亮了前后壁，地上的人认为先照亮后壁． [要点提炼] 1．洛伦兹变换⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧x ＝x ′＋v t ′1－v 2c2y ＝y ′z ＝z ′t ＝t ′＋v c 2x ′1－v 2c22．同时的相对性(1)经典物理学家认为：如果两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也一定是同时发生的．即同时是绝对的，与所在的惯性参考系无关．(2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的，跟观察者所选取的参考系有关． [延伸思考]你能够在v ≪c 时，由洛伦兹变换得到伽利略变换吗？答案 当v ≪c 时，公式x ＝x ′＋v t ′1－v 2c 2中的v 2c 2很小近似为零，故x ＝x ′＋v t ′；公式t ＝t ′＋v c 2x ′1－v 2c2中vc 2也近似为零，则t ＝t ′. 例3 如图4所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A 、B 和C .假想有一列车沿AC 方向以接近光速行驶，当铁塔B 发出一个闪光，列车上的观测者测得A 、C 两铁塔被照亮的顺序是()图4A ．同时被照亮B ．A 先被照亮C ．C 先被照亮D ．无法判断解析 列车上的观察者看到的是由B 发出后经过A 和C 反射的光，由于列车在这段时间内向C 运动，靠近C 而远离A ，所以列车上的观察者看到C 先被照亮，故只有C 正确． 答案 C四、相对论速度变换公式 [问题设计]一列火车正以v ＝50 m/s 的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u ′＝5 m/s 的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u ＝v ＋u ′＝55 m/s.若列车的速度是0.9c ，乘客的速度是0.5c ，那么站台上的观察者测得该乘客的速度为0.9c ＋0.5c ＝1.4c 吗？ 答案 不是 [要点提炼]相对论速度变换公式1．公式：设高速行驶的火车的速度为v ，车上的人相对火车以速度u ′运动，人相对地面的速度为u ，则⎩⎪⎨⎪⎧u ＝u ′＋v 1＋u ′v c2(人相对于车的运动方向与车同向)u ＝v －u ′1－u ′v c2(人相对于车的运动方向与车反向)2．结论：光速c 是物体运动速度的极限，且相对任何参考系，光速都是不变的． 3．理解：若v ≪c ，u ′≪c 时，u ′v c 2可忽略不计，即1±u ′vc 2≈1，相对论速度合成公式可近似变为u ＝v ±u ′.例4 地球上一观察者，看见一飞船A 以速度2.5×108 m/s 从他身边飞过，另一飞船B 以速度2.0×108 m/s 跟随A 飞行．求： (1)A 上的乘客看到B 的相对速度； (2)B 上的乘客看到A 的相对速度．解析 (1)A 上的乘客看地面上的人以－2.5×108 m/s 向后运动．地面上的人看B 以2.0×108m/s 向前运动，则A 上的乘客看到B 的相对速度为u ＝u ′＋v 1＋u ′v c2＝－2.5＋2.01＋－2.5×232×108 m/s ≈－1.125×108 m/s.(2)B 上的乘客看到A 的相对速度为1.125×108 m/s. 答案 (1)－1.125×108 m/s (2)1.125×108m/s2．狭义相对论的基本原理⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧狭义相对论的两条公设⎩⎪⎨⎪⎧ 爱因斯坦相对性原理光速不变原理洛伦兹变换同时的相对性：“同时”是相对的，跟观察者所选取的参考系有关相对论速度变换公式：u ＝u ′＋v1＋u ′v c21．通常我们把地球和相对于地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有( ) A ．停在地面上的汽车B ．绕地球做匀速圆周运动的飞船C ．在大海上匀速直线航行的轮船D ．以较大速度匀速运动的磁悬浮列车 答案 B解析 由惯性系和非惯性系的概念可知选B. 2．关于狭义相对论，下列说法不正确的是( )A ．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B ．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c ，与光源的运动无关C ．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D ．狭义相对论任何情况下都适用 答案 D解析 由狭义相对论原理可知D 错误． 3．下列关于经典力学的时空观，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不变的量值，而与参考系的选取无关D ．经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间、空间与物体的运动无关 答案 ABCD解析 由经典力学时空观内容可知A 、B 、C 、D 正确．4．设想有一艘飞船以v ＝0.8c 的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0.9c ，从地面上的人看来，物体的速度为( ) A ．1.7c B ．0.1c C ．0.99c D ．无法确定 答案 C解析 根据相对论速度变换公式：u ＝u ′＋v 1＋u ′v c2，得u ＝0.8c ＋0.9c1＋0.8c ×0.9c c2＝0.99c ，故选项C 正确．。
沪科版必修2《狭义相对论的基本原理》教案
沪科版必修2《狭义相对论的基本原理》教案狭义相对论的基本原理【教学目标】一、知识与技能1、了解狭义相对论的两个基本公设，并初步了解爱因斯坦对时空的新认识。
2、知道伽利略变换与洛伦兹变换反映的时空观的不同。
3、理解同时的相对性二、过程与方法1、通过学习爱因斯坦提出两条假设的过程，理解实验对理论的重要作用以及爱因斯坦的时空观。
2、通过两条假设理解同时的相对性，加深对相对论时空观的理解。
三、情感态度与价值观（1）理解相对论的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。
（2）学会辩证地看待经典物理理论和相对论。
【学情分析】学习已经了建立狭义相对论中光速不变的实验基础，以及爱因斯坦的探索发现，因此学习狭义相对论的两条公设，已成顺理成章的事情。
不过学习的重点和难点在于随两条公设的提出而带来的时空观的变化。
【教学思路】因此本节教学应注意与上节知识的衔接，重视思维逻辑的连贯性，逐步建立新结论。
学生在思维中有很容易回到经典时空观上去将新旧时空观混为一谈，教学中应注意强调区别。
【教学重点、难点】1、狭义相对论的两个基本公设2、爱因斯坦的时空观——相对论时空观【教学方法】问题式讨论和讲授。
【教学过程】一、引入新课：通过上节课的学习，我们知道：光速是与参考系无关的常量；经典物理学中的速度变换关系对电磁规律不适用，等。
对这些问题，许多物理学家试图通过在经典物理学内进行修补，仍无法解决上述矛盾。
而爱因斯坦发现问题的症结在于经典物理学的时空观，因此他摈弃了经典物理学的时空观，根据实验事实提出了狭义相对论的两条公设，用理论研究的方法得到了狭义相对论的全部结论，当然狭义相对论建立了一种新的时空观。
我们下面看看爱因斯坦是怎样思考的。
二、新课教学狭义相对论的两条公设1、伽利略变换设开始时惯性系S′（O′-x′y′z′）相对惯性系S（O-xyz）完全重合，S′系相对S系以速度v沿x轴正方向运动。
由伽利略变换:（1）x x'vty y'z z't t'=+⎧⎪=⎪⎨=⎪⎪=⎩（位置坐标变换）可得： (2)x xy yz zv v'vv v'v v'=+⎧⎪=⎨⎪=⎩(速度变换)（3）x xy yz za'aa'aa'a=⎧⎪=⎨⎪=⎩（加速度变换）此式表明：从不同得惯性系所观察到的同一质点的加速度是相同的，或说成：物体的加速度对伽利略变换是不变的。
5.1 2 电磁场理论引发的怪异问题 狭义相对论的基本原理同步备课课件 沪科版选修3-4课件
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2．思考判断 (1)以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性， 它只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世
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界，不适用于微观世界．(√) (2)相对论与量子力学的出现否定了经典力学理论． (×) (3) 伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳演
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●课标要求
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知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论．
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菜
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●课标解读 1．了解相对论诞生的历史背景，知道迈克耳孙 ——莫雷
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实验． 2．了解经典的相对性原理，知道相对性原理与电磁规律 之间的矛盾． 3．知道狭义相对论的两个基本假设，理解爱因斯坦建立
狭义相对论的两个基本假设
【问题导思】
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1．两个基本假设的内容是什么？ 2．怎样理解狭义相对论的两个基本假设？ 3．经典理论与相对论有什么主要区别？
高中物理第5章新时空观的确立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教师用书沪科选修3-4
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[先填空]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.[再判断]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.(×)[后思考]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.[核心点击] 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】 ABD2.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v 0＝0，加速度a ＝Fm＝1 m/s 210 s 时速度v 1＝at ＝10 m/s. 对于地上的观察者：方法一：小球初速度v 0＝20 m/s 加速度a ＝F m＝1 m/s 210 s 末速度v 2＝v 0＋at ＝30 m/s. 方法二：根据速度合成法则v 2＝v 1＋v 0＝(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[先填空]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.[再判断]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.(×)[后思考]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，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的.[核心点击]1.狭义相对论的两个基本假设(1)第一个假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，即自然界不存在特殊的惯性参考系，对于一切物理现象的描述来说，所有惯性系都是等效的.(2)第二个假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关.2.对狭义相对论两个假设的理解(1)爱因斯坦提出了两条基本假设是相对论的基础，对同时的相对性等经典力学所无法解决的问题，应紧紧地抓住两条基本假设这一关键点.(2)真空中对不同的惯性参考系来说，光速都是相同的.(3)经典力学的结论是有一定局限性的，一般只适用于宏观物体的低速运动.3.经典理论与相对论的比较力学的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律；或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的、平权的.因此，无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态.而狭义相对论指的是物理定律在所有惯性系中都是相同的，因此，各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系.因此，狭义相对论原理所指范围更大，内容更丰富.3.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E.光速的大小与光源的运动和观察者的运动无关【解析】狭义相对论的基本假设有两个，分别是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理.选项A、C正确.根据光速不变原理，E正确.【答案】ACE4.火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号.火箭上测得光离开的速度是c，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球上测得的光速是多少？根据狭义相对性原理呢？【解析】根据过去熟悉的速度合成法则，光相对于地球的速度是：v＝c－0.75c＝0.25c.而根据狭义相对性原理，光速与光源、观察者之间的相对运动没有关系，光速仍为c.【答案】0.25c c求解狭义相对论有关问题的技巧1.爱因斯坦相对性原理：对不同的惯性系，物理规律(包括力学、电磁学、光学等)都是一样的.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.在此基础上相关问题就会迎刃而解了.。
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
教案 2狭义相对论的基来源理(选学 )[ 学习目标定位] 1.认识经典力学的合用范围和限制性．知道经典力学的时空观与相对论时空观之间的关系 .2.初步认识相对论时空观中的基本看法，认识狭义相对论．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，它的特色是：时间和空间是分别的，时间尺度和空间尺度与物质运动没关，都是绝对的．二、狭义相对论的两条基本公设(1)在不一样的惯性参照系中，全部物理规律都是同样的．这个公设往常叫做爱因斯坦相对性原理．(2) 在全部惯性系中，光在真空中流传的速度都等于c，跟光源的运动没关.一、经典力学的时空观1．绝对时空观：经典力学的时空观．看法：“绝对的空间，就其天性而言，是与外界任何事物没关而永久同样和不动的”，“绝对的真正的和数学的时间自己在流逝着，并且因为其天性而平均地与任何其余外界事物没关地流逝着．”2．正确理解绝对时空观(1)时间和空间是分别的，时间尺度和空间尺度与物质运动没关，都是绝对的．(2)经典力学的时空观以为，时间就其实质而言是永久平均地流逝，与任何其余外界事物没关．空间就其实质而言是与外界任何事物没关，它从不运动，并且永久不变．3．由绝对时空观获得的结论(1)同时的绝对性在一个惯性系中的察看者在某一时辰观察到两个事件，对另一个做匀速直线运动的惯性系中的察看者来说是同时发生的，即同时性与察看者的运动状态没关．(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，在不一样的参照系中丈量都是同样的，而与参照系(或察看者 ) 的运动没关．(3)空间距离的绝对性假如各个惯性系顶用来丈量长度的标准同样，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 (或察看者的运动状态)没关．二、狭义相对论的基本公设1．追光问题的思虑(1)经典力学时空观中的速度叠加原理：比如，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)爱因斯坦的疑惑：假如我以光速追光波，将会看到什么？产生疑惑的原由：假如以为察看者看到的是一个静止不前的电磁振荡，与直觉经验不符；而假如以为看到的是一个以必定速度行进的光，则违犯了速度合成法例．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，假如牛顿运动定律在某个参照系中成立，这个参照系就叫做惯性系．相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参照系也是惯性系．(2)伽利略相对性原理内容：力学规律在任何惯性系中都是同样的，也就是说，各个惯性系都是等价的．这个看法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①在不一样的惯性参照系中，全部物理规律都是同样的．这个公设往常叫做爱因斯坦相对性原理．②在全部惯性系中，光在真空中流传的速度都等于c，跟光源的运动没关．(2)对两条基本公设的理解①物体的位移、速度以及电场强度、磁感觉强度等物理量有可能因为所选惯性参照系的不一样而不一样，可是它们所遵照的物理规律倒是同样的．也就是说，在全部惯性参照系中物理规律的数学形式完整同样．②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，即时间不可以绝对定义，时间与速度相关．爱因斯坦的两条基本公设只波及无加快运动的惯性系，由此成立的相对论往常叫做狭义相对论．一、经典力学的时空观的理解例1 如图 1 所示，在列车车厢的圆滑水平面上有一个质量为m＝ 5 kg 的小球，正随车厢一同以20 m/s 的速度匀速行进．现给小球施加一个与车厢运动方向同样的F＝5 N 的拉力，求经过10 s 时，车厢里的察看者和地面上的察看者看到小球的速度分别是多少？图 1分析匀速运动的车厢和地面都是惯性系．对车厢里的察看者：F小球的初速度：v0＝ 0，加快度a＝＝1 m/s2，10 s 时速度： v1＝ at＝ 10 m/s.对地面上的察看者：解法一小球初速度v 0′＝ 20 m/s，F加快度同样：a＝＝ 1 m/s2，10 s 时速度： v2＝ v0′＋ at＝ 30 m/s.解法二依据速度合成法例，v2＝ v 1＋ v 0′＝ (10＋ 20) m/s＝ 30 m/s.答案10 m/s 30 m/s二、伽利略相对性原理( )例2 下边对于伽利略相对性原理的说法中，正确的选项是A．力学规律在任何参照系中都是同样的B．惯性系就是静止不动的参照系C．假如牛顿运动定律在某个参照系中成立，这个参照系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参照系也叫惯性系D．力学规律在任何惯性系中都是同样的分析伽利略相对性原理指力学规律在全部惯性系中都是成立的，这里参照系是有条件的，即一定是惯性系，非惯性系是不合适的，所以选项 A 错误，选项 D 正确．惯性系其实不单指静止的参照系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参照系也是惯性系，所以选项 B 错误，选项 C 正确．答案 CD三、光速不变原理例 3考虑以下四个问题：(1) 如图 2 所示，参照系O′相对于参照系O 静止时，人看到的光速是多少？(2)参照系 O′相对于参照系 O 以速度 v 向右运动时，人看到的光速是多少？(3)参照系 O′相对于参照系 O 以速度 v 向左运动时，人看到的光速是多少？(4)依据狭义相对论理论，在上述三种状况下光速应当是多少？图 2分析依据速度合成法例，第一种状况人看到的光速应是c，第二种状况应是c＋ v，第三种状况应是 c－ v ，而依据狭义相对论理论，光速是不变的，三种状况光速都应是 c.答案(1)c (2) c＋ v (3)c－ v (4) 都是 c1． (狭义相对论的两条基本公设)爱因斯坦把人们看来互相矛盾的________ 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，翻开一个光源，则以下说法正确的选项是()A ．飞船正前面地面上的察看者看到这一光速为B ．飞船正后方地面上的察看者看到这一光速为C．在垂直飞船行进方向地面上的察看者看到这一光速是2cD．在地面上任何地方的察看者看到的光速都是 c答案 D分析依据光速不变原理可知选项 D 正确．。
物理说课稿 Word 文档
《电磁场理论引发的怪异问题》说课稿（中学物理）一、说教材1、本节内容在教材中的地位《电磁场理论引发的怪异问题》是沪科版高中物理3-4中第5章新时空观的确立的第1节内容。
课标对本章的要求普遍较低，都是了解和知道层面上的。
本章是现代物理部分，是教材新增加的内容，很抽象。
而本节则是经典物理学到现代物理学的一节过渡内容。
正是类似本节所介绍的一些实验事实与经典物理学的尖锐矛盾，使人们意识到经典物理学的局限性，导致爱因斯坦创立相对论。
所以，本节内容虽然不是高考的重点内容，可在整个高中物理教学中有着举足轻重的地位。
2、本节内容在物理学中的地位本节重点介绍一些实验事实所引发的人类对物理学基本概念的反思。
例如：电磁波传播是否需要介质“以太”？伽利略相对性原理为什么在电磁场理论中突然失效？等。
虽然爱因斯坦的狭义相对论并不是直接建立在迈克尔孙-莫雷实验基础之上，但是，他思考过“以光速追光，将看到什么”和“伽利略相对性原理在电磁场理论中是否失效的问题。
因此，一般物理学著作仍然把本节教材介绍的内容作为狭义相对论的两个基本公设的基础。
3、本节内容在教材中的作用教材首先介绍了电磁波传播需要“以太”的学说，引导学生对“以太”是否存在进行思考，从而确立寻找“以太”的实验意义。
然后陈述了爱因斯坦从法拉第电磁感应定律出发，意识到电磁学规律的相对性，并在伽利略相对论原理的基础上，对力学中的伽利略变换公式产生了怀疑，从而使学生了解经典物理学的缺陷或局限性。
为学生学习下一节内容作好思想准备。
4、说教学内容本节共有三部分教学内容第一部分影子。
展示电磁波传播需要“以太”的学说，是人类对电磁场理论深入研究和理智思维的结果。
引导学生对“以太”是否存在进行思考，从而确立寻找“以太”的实验意义。
第二部分迈克尔孙-莫雷实验。
重点理解“以太”是否存在的判定性实验意义，而不是对迈克尔孙-莫雷实验进行详细讨论。
教学中主要让学生了解电磁波的传播并不需要介质——“以太”，电磁场本身就是物质从在的形式，物质与空间和时间是不可分割的。
《狭义相对论的基本原理》 学历案
《狭义相对论的基本原理》学历案一、学习目标1、理解狭义相对论的两条基本原理：相对性原理和光速不变原理。
2、能够运用狭义相对论的基本原理解释一些相关的物理现象。
3、了解狭义相对论对经典物理学的变革和影响。
二、知识回顾在学习狭义相对论之前，我们先来回顾一下经典物理学中的一些重要概念和规律。
牛顿力学是经典物理学的重要组成部分，它认为时间和空间是绝对的，彼此独立且不受物质运动的影响。
物体的运动遵循牛顿运动定律，力是改变物体运动状态的原因。
麦克斯韦方程组描述了电磁场的性质和规律，预言了电磁波的存在，并指出电磁波在真空中的传播速度是一个常数，即光速 c。
然而，经典物理学在解释一些与高速运动和微观世界相关的现象时遇到了困难，这促使了相对论的诞生。
三、狭义相对论的基本原理1、相对性原理相对性原理指出，物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。
这意味着不存在一个绝对静止的参考系，所有的惯性参考系都是平等的。
举个例子来说，如果在一辆匀速行驶的火车上进行一个物理实验，比如测量小球的下落时间，那么在火车上的观察者和站在地面上的观察者所得到的结果应该是相同的，只要他们都正确地考虑了相对运动的影响。
相对性原理打破了牛顿力学中绝对空间和绝对时间的观念，让我们认识到时间和空间的测量结果会因参考系的不同而有所差异。
2、光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的另一个核心原理。
它表明真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，与光源和观察者的相对运动无关。
这与我们日常生活中的经验似乎有所不同。
在经典力学中，如果一个人在一辆行驶的车上向前扔一个球，对于站在地面上的人来说，球的速度是车的速度加上球相对车的速度。
但对于光来说，无论光源是静止的还是运动的，光在真空中的速度始终是 c。
为了更好地理解光速不变原理，我们可以想象一个情景：假设你坐在一辆以接近光速行驶的飞船上，打开手电筒向前照射，这时你测量到的手电筒发出的光的速度仍然是 c，而不是 c 加上飞船的速度。
《电磁场理论引发的怪异问题》 讲义
《电磁场理论引发的怪异问题》讲义在我们日常生活中，电磁场似乎是一个看不见、摸不着但又无处不在的神秘存在。
从手机通讯到电力传输，从医疗设备到太空探索，电磁场理论在众多领域都发挥着至关重要的作用。
然而，随着对电磁场理论的深入研究，一些怪异的问题也逐渐浮出水面。
首先，让我们来了解一下什么是电磁场。
简单来说，电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。
电场和磁场相互关联、相互影响，它们以电磁波的形式在空间中传播。
麦克斯韦方程组是描述电磁场基本规律的经典理论，它为我们理解电磁场的行为提供了坚实的基础。
但在实际应用中，电磁场理论却带来了一些令人困惑的现象。
比如，电磁波的传播速度问题。
根据相对论，真空中的光速是恒定不变的，但在不同的介质中，电磁波的传播速度会发生变化。
这就引发了一个疑问：为什么介质会影响电磁波的速度？是介质中的微观结构对电磁场产生了某种特殊的作用，还是有其他尚未被发现的机制在起作用？另一个怪异问题是电磁场的量子化。
在微观尺度下，电磁场的行为表现出了明显的量子特性。
光子作为电磁场的量子化粒子，其能量和动量是离散的，而不是连续的。
这与我们在宏观世界中对电磁场的理解截然不同。
那么，如何从经典的电磁场理论过渡到量子化的电磁场理论？这个过程中又隐藏着怎样的奥秘？再来看电磁场的边界条件问题。
当电磁场遇到不同介质的边界时，场的分布会发生突变。
例如，在金属与空气的界面处，电场和磁场的分布会发生显著变化。
这给电磁场的精确计算和分析带来了很大的困难。
如何准确地处理这些边界条件，一直是电磁场理论研究中的一个重要课题。
还有一个值得关注的问题是电磁场的辐射效应。
当带电粒子加速运动时，会产生电磁辐射。
但对于一些复杂的运动情况，辐射的强度和方向很难准确预测。
例如，在高速电子在磁场中做螺旋运动时，其辐射的频谱和强度计算就非常复杂。
除此之外，电磁场的非线性效应也是一个令人头疼的问题。
在强电磁场的情况下，电磁场的行为不再是线性的，而是会出现各种非线性现象，如谐波产生、自聚焦等。
物理选修3-4沪科版5.2狭义相对论基本原理同步教案
狭义相对论基本原理伽利略相对性原理 经典力学的时空观一、伽利略（牛顿力学）相对性原理对力学规律而言，所有的惯性系都是等价的或在一个惯性系中，所作的任何理学实验都不能够确定这一惯性系本身是静止状态，还是匀速直线运动。
力学中不存在绝对静止的概念，不存在一个绝对静止优越的惯性系。
二、伽利略坐标变换式 经典力学时空观设当O 与O '重合时0t t='=作为记时的起点 同一事件：K 系中)t ,z ,y ,x ( K '系中)t ,z ,y ,x (''''按经典观念：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧='='='-='t t zz y y vt x x 或⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'='='='+'=t t z z y y t v x x ⎪⎩⎪⎨⎧'='=+'=⎪⎩⎪⎨⎧='='-='⇒'='=zz y y x x z z y y x x u u u u v u u u u u u v u u t d dt ,t t 或 所谓绝对时空：1、时间：时间间隔的绝对性与同时的绝对性，即t t ,t t ='∆='∆。
时间是与参照系无关的不变量。
2、空间：若有一把尺子，两端坐标分别为 K 中：)t ,z ,y ,x (P ),t ,z ,y ,x (P 22221111K '中：)t ,z ,y ,x (P ),t ,z ,y ,x (P 22221111''''''''' 有222222z y x r ,z y x r '∆+'∆+'∆='∆∆+∆+∆=∆ 由,t t ='得r r '∆=∆，即：长度（空间间隔）是与参照系无关的不变量或长度（空间间隔）的绝对性。
高中物理 5.15.2 电磁场理论引发的怪异问题 狭义相对论的基本原理课件 沪科版选修34
2.结论：光速c是物体运动速度的 极限(j，íxi且àn相) 对任何参 考系，光速都是 不变 的. 3.理解：若v≪c，u′≪c时， u′可v 忽略不计，即1± u′v≈1，相对论速度合成(hécch2éng)公式可近似变为u＝ v±c2u′.
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例4 地球(dìqiú)上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108
结果与电磁场理论中“ 光在真空(zhēnkōng)中的”产传生播了速度为c 矛盾(máodùn).即经典的速度合成公式对电磁学不适用.
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3.迈克耳孙—莫雷实验说明：光在任何方向上传播时，相对地
球的速度都是 的.也就相是同说(x，iā地nɡ球t相ón对ɡ)于“以太”的速度v实际
上为零，或者说“以太”根本
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四、相对论速度变换(biànhuàn)公式
问题(wèntí)设 一计列火车正以v＝50 m/s的速度高速行驶，列车内一乘客
以相对列车u′＝5 m/s的速度向前(xiànɡ qián)跑，站台上 的观察者测得该乘客的速度是u＝v＋u′＝55 m/s.若列车的 速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站台上的观察者测 得该乘客的速度为0.9c＋0.5c＝1.4c吗？ 答案 不是
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要点(yàodiǎn) 相提对炼论速度(sùdù)变换公式
1.公式：设高速行驶的火车的速度(sùdù)为v，车上的人相对 火车以速度(sùdù)u′运动，人相对地面的速度(sùdù)为u，则
u＝1u＋′u＋′c2vv人相对于车的运动方向与车同向 u＝1v－－uu′c′2 v人相对于车的第二运十五页，动共36页方。 向与车反向
论
高中物理沪科版选修3-4检测：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Word版含解析
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[随堂检测]1.下列说法中正确的是（）A.研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B.研究高速粒子的运动可用牛顿定律和运动学公式C.研究高速粒子运动要用相对论，研究铅球运动可用牛顿运动定律D.研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律解析：选C.以牛顿运动定律为基础的经典物理学在处理低速、宏观物体的运动时是相当完美的，但对于高速的微观的运动就无能为力了.显然，铅球的运动可以用牛顿定律来解决.而高速粒子的运动则不能用牛顿定律来解决，而要用相对论来解决.2.（多选）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解析：选AD.由经典力学的局限性可知A、D正确.3.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成立B.狭义相对性原理是指一切物理规律在一切参考系中都成立C.狭义相对性原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都成立D.狭义相对性原理与伽利略相对性原理没有区别解析：选C.根据狭义相对性原理的内容，在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的.一定要注意它和伽利略相对性原理的区别，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，范围要比前者小许多.4.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.0.4cB.0.5cC.0.9cD.c解析：选D.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都是相同的，可知D正确.5.飞船在高空以110c的速度向目标飞行，从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？解析：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＋110c＝1.1c，但这一结论是错误的.根据狭义相对论的光速不变原理，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的，这一判断已被迈克耳孙－莫雷实验所证实.答案：在地面的观察者看来光信号的速度为c，不是1.1c[课时作业]一、单项选择题1.属于狭义相对论基本假设的是（）A.真空中光速不变B.时间具有相对性C.物体的质量不变D.物体的能量与质量成正比解析：选A.狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律都相同.2.在一个惯性系中观测，两个事件同地不同时，则在其他惯性系中观测，结果它们（）A.一定同时B.可能同时C.不可能同时，但可能同地D.不可能同时，也不可能同地解析：选B.在两个惯性系中观测，这两个事件可能是同时发生的.3.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解析：选D.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.4.迈克尔孙和莫雷为了寻找以太这个特殊的参考系，做了这样一个实验.如图所示，G1是半透明反射镜，G2是平面玻璃板，M1和M2是相互垂直两臂上放置的两个平面反射镜，E是目镜，S是光源.让M2平面垂直于地球运动方向，通过迈克尔孙干涉仪的目镜E，可以看到一套干涉条纹.如果以太存在，地球确实相对于以太运动，那么将干涉仪旋转90°，就会观察到另外一套干涉条纹.若干涉条纹发生了移动，我们可以通过测量计算出以太相对于地球的移动速度.实验结果是无论如何也不能观察到干涉条纹的移动.以上事实说明（）A.实验存在误区，所以不能观察到干涉条纹的移动B.说明以太相对于地球移动的速度太小，不容易被测量C.说明根本不存在以太这种特殊介质D.以上说法都不对解析：选C.迈克尔逊－莫雷实验最有力的证明了以太这种特殊的物质是不存在的.5.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′＋vB.u<u′＋vC.u>u′＋vD.以上均不正确解析：选B.经典的时空观，u＝u′＋v.而实际上人对地面的速度u比u′与v之和要小，但只有在接近光速时才能观察此差别.二、多项选择题6.下面关于伽利略相对性原理的说法中正确的有（）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：选CD.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.本题的正确答案为CD.7.设某人在速度为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1.5cB.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：选CD.根据狭义相对论的两个基本假设之一：光速不变原理可知，观察者在地面上、飞船中观测光的速度均为c，故C、D正确，A、B错误.8.如图所示，你站在水平木杆AB的中央附近，并且看到木杆落在地面上时是两端同时着地的，所以，你认为这木杆是平着落到了地面上；而此时飞飞小姐正以接近光速的速度从你前面掠过，她看到B 端比A 端先落地，因而她认为木杆是向右倾斜着落地的.她的看法是（ ）A.对的B.错的C.她应感觉到木杆在朝她运动D.她应感觉到木杆在远离她运动解析：选AC.当飞飞小姐掠过木杆时， 在她看来，木杆不仅在下落，而且还在朝她运动，因此，在你看来同时发生的两个事件，在飞飞小姐看来首先在B 端发生.到底在A 和B 处的两个事件是同时发生，还是在B 处先发生？这一问题是没有意义的.因为运动是相对的，对运动的描述取决于选择的参考系.对于你来说木杆是平着下落的，对飞飞小姐来说木杆是向右斜着下落的，虽然难以置信，但你和她都是正确的.三、非选择题9.如图所示，一列火车相对地面运动，地面上的人测得光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁.按照火车上的人测量，闪光先到火车的 （填“前壁”或“后壁”）.解析：对地面观察者而言，后壁在靠近而前壁在远离时闪光能同时到达，由光速不变原理可确定离光源前近后远，故在火车上的人测量，得到闪光先到前壁.答案：前壁10.一粒子以0.05c 的速率相对实验室参考系运动.此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c ，电子的衰变方向与粒子运动方向相同.求电子相对于实验室参考系的速度.解析：已知v ＝0.05c ，u x ′＝0.8c .由相对论速度叠加公式得u x ＝u x ′＋v 1＋u x ′v c2＝（u x ′＋v ）c 2c 2＋u x ′v ＝（0.8c ＋0.05c ）c 2c 2＋0.8c ×0.05c＝0.817c . 答案：0.817c11.火箭以0.75c 的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号.火箭上测得光离开的速度是c ，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时在地球上测得的光速是多少？根据狭义相对论原理呢？解析：根据过去熟悉的速度合成法则，光相对于地球的速度是：v＝c－0.75c＝0.25c.而根据狭义相对论原理，光速与光源、观察者之间的相对运动没有关系，光速仍为c.答案：0.25c c12.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，求经10 s 后，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？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末的速度v1＝at＝10 m/s.对地面上的观察者：物体初速度v0′＝20 m/s加速度相同a＝Fm＝1 m/s210 s末的速度v2＝v0′＋at＝30 m/s. 答案：10 m/s30 m/s。
高中物理沪科版选修3-4 新时空观的确立 课时作业-电磁场理论引发的怪异问题 狭义相对论的基本原理
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一、选择题1．(多选)某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品(不计阻力)，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是()A．飞机为非惯性参考系B．飞机为惯性参考系C．灾民为非惯性参考系D．灾民为惯性参考系答案BD解析物品投放后，仅受重力作用，飞行员看到物品是做初速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯性参考系，B对；而地面上的人员看到物品做初速度不为零的抛体运动，也符合牛顿运动定律，D也对．2．经典力学规律不适用于下列运动的是()A．子弹的飞行B．飞船绕地球的运行C．列车的运行D．粒子以接近光速运动答案 D解析经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行，经典力学能适用，故A、B、C错误；粒子以接近光速运动，对于微观的情形经典力学不适用，故D正确．3．(多选)根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论()A．力学规律在任何惯性系中都是相同的B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否做匀速直线运动D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否做匀速直线运动答案AC解析由伽利略相对性原理可知A、C正确．4．如图1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()图1A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c答案 D5．下列几种说法：(1)所有惯性系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答案 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．光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，光速都是相同的．即光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的．6．(多选)判断下面说法中正确的是()A．在以11 000c沿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沿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cD．在以11 000c沿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答案CD解析根据狭义相对论的基本公设——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．二、非选择题7．若一宇宙飞船对地以速度v 运动，宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c ，问在地面上的观察者看来，光速应为v ＋c 吗？答案 在地面上的观察者看来，光速是c ，而不是v ＋c .解析 由相对论速度变换公式u ＝u′＋v 1＋u ′v c2，式中u ′、v 分别为v 和c ，代入公式求得光对地速度u ＝v ＋c 1＋v c c2＝c . 8．如图2所示，沿铁道排列的两电线杆正中央安装一闪光装置，光信号到达一电线杆称为事件1，到达另一电线杆称为事件2.从地面上的观察者和运动车厢中的观察者看来，两事件是否是同时事件？图2答案 在地面上的观察者看来，事件1、2同时发生；在运动车厢中的观察者看来，事件2比事件1先发生解析 从地面上的观察者看来，光源在两根电线杆的正中央，光信号向两电线杆传播的速度相同，因此，光信号同时到达两电线杆．从运动车厢中的观察者看来，运动车厢是个惯性系，地面和电线杆都在向左运动(如题图)，光信号向左右两侧传播速度相同(光速不变原理)．在光信号向两侧传播的过程中，地面及两个电线杆都向左运动了一段距离，所以光信号先到达电线杆2，后到达电线杆1.。
高中物理 6.2 狭义相对论的基本原理(选学)学案课件 沪科必修2(通用)
目 开
的，与外界任何事物无关．
关 2．参考系：用来选做参考的、假定不动的物体．
3．绝对时空观的特点是：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．
4． 牛顿运动 定律适用的参考系叫惯性系，相对于一个惯
本 学
性系做 匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．
案 栏
5．在不同的惯性系中， 力学规律 都是相同的，也就是说各
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12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。。2021/5/212021/5/212021/5/21Friday, May 21, 2021
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13、不知香积寺，数里入云峰。。2021/5/212021/5/212021/5/212021/5/215/21/2021
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14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2021年5月21日星期五2021/5/212021/5/212021/5/21
(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
①在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．这
本
个公设通常叫做爱因斯坦相对性原理．
学 案
②在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于 c，跟
目 开
个惯性系都是 等价的，这个观点叫做伽利略相对性原理．
关 6．狭义相对论的两个基本公设
(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
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5.2 电磁场理论引发的怪异问题狭义相对论的
基本原理学案沪科版选修
5、1-
5、2 电磁场理论引发的怪异问题狭义相对论的基本原理[学习目标定位]
1、理解伽利略相对性原理、
2、了解狭义相对论的两条基本公设、
3、由伽利略变换和洛伦兹变换体会经典物理学的时空观和狭义相对论的时空观的不同、
4、了解同时的相对性和相对论速度变换公式、1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫惯性系，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、迈克耳孙莫雷实验说明了什么？答案
说明光速c是不变的、[要点提炼]
1、按经典物理速度合成公式，一个人在相对地面以速度v运动的车或船上，向前进方向掷出一个相对于自己以速度u运动的球，则球相对地面的速度应为V＝u＋v、
2、对光的传播应用了经典的物理速度合成公式后，得出的结果与电磁场理论中“光在真空中的传播速度为c”产生了矛盾、即经典的速度合成公式对电磁学不适用、
3、迈克耳孙—莫雷实验说明：光在任何方向上传播时，相对地球的速度都是相同的、也就是说，地球相对于“以太”的速度v实际上为零，或者说“以太”根本不存在、光速c
是不变的、4、伽利略相对性原理：对于力学规律来说，一切惯性系都是等价的、例1 如图1所示，在列车车厢的光滑水平底面上有一个质量为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上的观察者看到小球的速度分别是多少？图1解析对车厢里的观察者物体的初速度为0，加速度a＝＝1 m/s2经10 s时，速度v1＝at＝10 m/s、对地面上的观察者
解法一物体初速度v0＝20 m/s加速度相同a＝＝1 m/s2经10 s 时，速度v2＝v0＋at＝30 m/s、解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
二、狭义相对论的两条公设[问题设计]
1、在伽利略变换中，时间和空间是否有关系，它们与物体的运动有无关系？答案时间和空间是分离的、时间尺度和空间尺
度跟物体运动无关，都是绝对的、2、面对电磁场理论与经典物理学之间出现的矛盾，爱因斯坦对时间和空间又是怎样理解的？答
案爱因斯坦认为，空间和时间在本质上是统一的，空间和时间
不是分离的、[要点提炼]狭义相对论的两个基本公设
1、爱因斯坦相对性原理：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、例2 考虑以下几个问题：图2(1)如图2所示，参考系O′相
对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？解析光速不变原理指的是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的、故三种情况下人看到的光速都是c、答案
(1)c (2)c (3)c
三、洛伦兹变换、同时的相对性[问题设计]如图3所示，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，闪光照亮了车厢的前壁和后壁、车上的人观察到闪光同时照亮了前后壁吗？地上的人怎么认为？图3答案车上的人认为闪光同时照亮了前后壁，地上的人认为先照亮后壁、[要点提炼]
1、洛伦兹变换
2、同时的相对性(1)经典物理学家认为：如果两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也一定是同时发生的、即同时是绝对的，与所在的惯性参考系无关、(2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的，跟观察者所选取的参考系有关、[延伸思考]你能够在v≪c时，由洛伦兹变换得到伽利略变换吗？答案当v≪c时，公式x＝中的很小近似为零，故x＝x′＋vt′；公式t＝中也近似为零，则t＝t′、例3 如图4所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔
A、B和
C、假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得
A、C两铁塔被照亮的顺序是(
)图4
A、同时被照亮
B、A先被照亮
C、C先被照亮
D、无法判断解析列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以列车上的观察者看到C先被照亮，故只有C正确、答案
C
四、相对论速度变换公式[问题设计]一列火车正以v＝50 m/s 的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u′＝5 m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u＝v＋u′＝55 m/s、若列车的速度是0、9c，乘客的速度是0、5c，那么站台上的观察者测得该乘客的速度为0、9c＋0、5c＝
1、4c吗？答案不是[要点提炼]相对论速度变换公式
1、公式：设高速行驶的火车的速度为v，车上的人相对火车以速度u′运动，人相对地面的速度为u，则
2、结论：光速c是物体运动速度的极限，且相对任何参考系，光速都是不变的、
3、理解：若v≪c，u′≪c时，可忽略不
计，即1≈1，相对论速度合成公式可近似变为u＝vu′、例4 地球上一观察者，看见一飞船A以速度
2、5108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度
2、0108 m/s跟随A飞行、求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；(2)B上的乘客看到A的相对速度、解析(1)A上的乘客看地面上的人以－
2、5108 m/s向后运动、地面上的人看B以
2、0108 m/s向前运动，则A上的乘客看到B的相对速度为u ＝＝108 m/s≈－
1、125108 m/s、(2)B上的乘客看到A的相对速度为
1、125108 m/s、答案(1)－
1、125108 m/s (2)
1、125108 m/s
2、狭义相对论的基本原理
1、通常我们把地球和相对于地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有( )
A、停在地面上的汽车
B、绕地球做匀速圆周运动的飞船
C、在大海上匀速直线航行的轮船
D、以较大速度匀速运动的磁悬浮列车答案B解析由惯性系和非惯性系的概念可知选
B、2、关于狭义相对论，下列说法不正确的是(
)
A、狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B、狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关
C、狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系
D、狭义相对论任何情况下都适用答案D解析由狭义相对论原理可知D错误、3、下列关于经典力学的时空观，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不变的量值，而与参考系的选取无关
D、经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间、空间与物体的运动无关答案ABCD解析由经典力学时空观内容可知A、
B、
C、D正确、4、设想有一艘飞船以v＝0、8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0、9c，从地面上的人看来，物体的速度为( )
A、1、7c
B、0、1c
C、0、99c
D、无法确定答案C解析根据相对论速度变换公式：u＝，得u＝＝0、99c，故选项C正确、。