新人教版选修3-4高中物理相对论的诞生教案

合集下载

人教版选修3-4 15.1 相对论的诞生时间和空间的相对性教案

图示是目前世界上最为豪华的游轮之一。

如果游轮在平静的海面上匀速前行,而你在游轮最底部的船舱内,看不到外面的大海和任何游轮之外的物体,你有什么方法能够得知轮船是在海面上匀速前进还是静止?是的,在轮船没有加速度时,由于我们没有参考系(在船舱底部),所以无法判断轮船到底是匀速前进还是静止,只有具有加速度时我们才能够判断。

对于惯性参考系来讲,一切物理规律都是等价的,只是它们的初始状态不同,这就是相对论的开始。

怎么样?相对论没有你想象的那么难吧!课时15.1相对论的诞生时间和空间的相对性1.了解经典相对性的原理。

2.知道狭义相对论的实验基础,知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论。

3.了解狭义相对论的两个基本假设。

通过实例,了解时间和空间的相对性,体会相对论时空观与低速世界情景的差异。

4.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别,体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?1.相对论的诞生(1)经典相对性的原理:力学规律在任何①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②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③相同的,光速与光源、观察者间的④相对运动没有关系。

(人教)高中物理选修34课件：15.12相对论的诞生时间和空间的相对性

都是_一__样__的___．
(2)两个基本假设
狭义相对性在不同的_惯__性___参考系中，一切
原理
物理规律都是_相__同___的
光速不变原真空中的光速在不同的惯性参考
理
系中都是_相__同___的
二、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性在经典物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的两个假设，同时是_相__对___的． 2．长度的相对性 (1)经典物理学认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做__相__对__运__动___而不同．
(2)如果与杆相对静止人认为杆长是 L0，与杆相对运动的人认为杆长是 L，则两者之间的关系为 L＝L0 1－vc2.
(3)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．
3．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是_相__同___的． (2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是_不__同___的．设 Δτ 表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示相对事件发生地以 v 高速运动的参考系中观察同样
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 c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是 c
解析：答案： CD
样理解“动尺变短”和“动钟变慢” 1．怎样理解“动尺变短”？狭义相对论中的长度公式：l＝l0 1－vc2中，l0 是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而 l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度 v 运动时，静止的观察者测量的长度．还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度 v 运动时测出的杆的长度．

第15章相对论简介—人教版高中物理选修3-4教案

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 = u '+ v ．
1
+
u 'v c2
理解这个公式时请注意：
（1）如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反，则 u ＇取负值．
（2）如果 v u = u ＇+ v
爱因斯坦质能关系式： E = mc2 ．
理解这个公式请注意：（1）质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应．
（2）静止物体的能量为 E0 = m0c2 ，这种能量叫做物体的静质能．每个有静质量的物体都具有
静质能．
（3）对于一个以速率 v 运动的物体，其动能
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．
长度没有变化．
3．时间间隔的相对性（钟慢效应）
某两个事件在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔不一样．
在与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为 t ．
5 / 16
t = ．
1
−
v c
2
4．相对论的时空观
相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关．经典物理则认为空间和时间是脱离物质而存在
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（尺缩效应）
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 l0 ．

高中物理人教版选修3-4教学案：第十五章第1、2节相对论的诞生时间和空间的相对性含解析

第1、2节相对论的诞生__时间和空间的相对性1.爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。

2．时间和空间的相对性：“动尺变短”、“动钟变慢”。

一、相对论的诞生1、经典的相对性原理( 1 )惯性系:牛顿运动定律能够成立的参考系。

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 )伽利略相对性原理: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( 1 )实验基础:不论光源与观测者做怎样的相对运动,光速都是一样的。

( 2 )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1、“同时”的相对性( 1 )经典的时空观: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。

( 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不一定是同时的。

2、长度的相对性( 1 )经典的时空观:一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。

( 2 )相对论的时空观:长度也具有相对性,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。

设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l 0,与杆有相对运动的人认为杆的长度为l ,杆相对于观察者的速度为v ,则l 、l 0、v 的关系是l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2。

1、自主思考——判一判( 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。

( × )( 4 )在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对另一个惯性系做匀速直线运动。

( √ )( 5 )在狭义相对论时空观中空间和时间与物质的运动状态无关。

高中物理相对论的诞生人教版选修3-4

相对论的诞生★新课标要求（一）知识与技能1．理解经典的相对性原理以及光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾。

2．理解狭义相对论的基本假设。

（二）过程与方法通过学习，提高分析物理现象与定理定律矛盾的能力。

（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。

★教学重点狭义相对论的两个基本假设。

★教学难点光速不变原理。

★教学方法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。

★教学用具：投影仪及投影片。

★教学过程（一）引入新课师：请同学们回忆一下什么是惯性系？什么是非惯性系？举例说明。

生：牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车轮船等作为参考系就是惯性系。

牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。

例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，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，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立.这里加速的车厢就是非惯性系。

师：很好，根据惯性系的概念，不难推出，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。

（二）进行新课1．经典的相对性原理师：下面我们来研究一个简单的力学问题。

（投影问题）如图，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=0.5 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？学生分析：对车上的观察者物体初速度v0=0加速度a=m F=10 m/s210 s 时速度v1=at=10 m/s对地上的观察者方法一：物体初速度v0=20 m/s加速度相同a=m F=10 m/s210 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师：通过这个例子大家看到，在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个是10 m/s,另一个是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，我们相信：力学规律在任何惯性系中都是相同的。

人教版高中物理选修3-415.1相对论的诞生、15.2时间和空间的相对性教学案

1相对论的诞生2时间和空间的相对性能说出狭义相对论)相对论的诞生[先填空]1．经典的相对性原理(1)表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的．(2)表述二：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．(3)表述三：任何惯性参考系都是平权的．2．狭义相对论的两个基本假设(1)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．(2)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．[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]1．牛顿运动定律的适用条件是什么？【提示】宏观物体、低速运动和惯性参考系．2．伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同？【提示】伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的；狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的．[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．4．迈克耳孙—莫雷实验(1)实验背景：根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度，并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是c”，这本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于某个具体事物的结论．于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系S是正确的，另外还有一个参考系S′，S′相对于S以速度v运动，那么光相对于S′的速度应该是(c－v)而不是c，好像电磁规律不是对任何惯性系都一样．(2)实验结论：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．1．假设有一天某人坐在“神舟”号飞船上，以0.5c的速度遨游太空，当他打开一个光源时飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为________，飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为________，在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是________．【解析】根据狭义相对论的假设，真空中的光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c.【答案】c c c2．如图15-1-1所示，思考以下几个问题：(光速用c表示)图15-1-1(1)若参考系O ′相对于参考系O 静止，人看到的光速应是多少？(2)若参考系O ′相对于参考系O 以速度v 向右运动，人看到的光速应是多少？(3)若参考系O 相对于参考系O ′以速度v 向左运动，人看到的光速又是多少？【解析】根据狭义相对论的光速不变原理：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．因此三种情况下，人观察到的光速都是c .【答案】 (1)c (2)c (3)c1．爱因斯坦提出的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，应紧紧抓住两条基本假设这一关键点来解决．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．时间和空间的相对性[先填空]1．“同时”的相对性(1)经典时空观：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．(2)相对论时空观：“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不是同时的．2．“长度”的相对性(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同．(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化．(3)相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l 0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l ，杆相对于观察者的速度为v ，则l 、l 0、v 的关系是：l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2. 3．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的．(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系速度越大，惯性系中的时间进程进行得越慢．非但如此，惯性系中的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了．(3)相对时间间隔公式：设Δτ表示静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示以v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt ＝Δ τ1－⎝⎛⎭⎫v c 2.[再判断]1．根据相对论的时空观，“同时”具有相对性．(√)2．相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大．(×)3．高速飞行的火箭中的时钟要变慢．(√)[后思考]1．尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？【提示】尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变．2．以任何速度运动，时间延缓效应都很显著吗？【提示】不是．当u →c 时，时间延缓效应显著；当u ≪c 时，时间延缓效应可忽略．[核心点击]1．“动尺缩短”狭义相对论中的长度公式l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2中，l 0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v 运动时，静止的观察者测量的长度．2．“动钟变慢”时间间隔的相对性公式Δ t ＝Δτ1－⎝⎛⎭⎫v c 2中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt 是相对于事件发生地以速度v 高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．3．分析时间间隔和长度变化时应注意的问题(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化． (2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的．3．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为________．【解析】由l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2得，3＝51－⎝⎛⎭⎫v c 2，解得v ＝0.8c . 【答案】 0.8c 4．用相对论的观点判断，下列说法正确的是( )【导学号：23570153】A ．时间是绝对的，空间是相对的B ．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C ．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D ．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E ．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】时间和空间都是相对的，故选项A 、B 的说法错误；根据“时间膨胀”和“长度收缩”效应，选项C 、D 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E 说法正确．【答案】 CDE5．地面上长100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？【解析】当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c 时，由相对论长度公式l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2代入相应的数据解得：l ＝100×1－0.62 km ＝80 km. 【答案】 100 km 80 km应用相对论“效应”解题的一般步骤1．应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度．2．明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果．3．应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算．。

人教版高中物理选修3-4 第十五章 1~2 相对论的诞生狭义相对论简介

1相对论的诞生2时间和空间的相对性[学习目标] 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.2.知道狭义相对论的几个主要结论.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．一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设[导学探究](1)如图1所示，小球相对于参考系O以速度v向右抛出，人相对于参考系O′静止，当参考系O′相对于参考系O静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到小球的速度分别为多大？图1(2)如图2所示，光源相对于参考系O静止，人相对于参考系O′静止，当参考系O′相对于参考系O′静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到的光源发出光的传播速度分别为多大？图2答案(1)分别是v0、v0－v、v0＋v(2)人观察到的光速都是c[知识梳理]1．经典的相对性原理(1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫做惯性系，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)相对性原理：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．经典的相对性原理的三种表述：①表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的．②表述二：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．③表述三：任何惯性参考系都是平权的．2．经典相对性原理解释电磁规律的困难迈克耳孙—莫雷实验证明了光速是不变的，这与传统的速度合成法则是矛盾的．3．狭义相对论的两个基本假设(1)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．(2)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．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)根据伽利略相对性原理，在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动．(√)(2)根据伽利略相对性原理，同一力学规律在不同的惯性系中可能不同．(×)(3)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.(×)(4)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．(√)(5)光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．(√)(6)根据狭义相对论的两个假设，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(√)二、时间和空间的相对性[导学探究]如图3所示，一列车以速度v经过站台，站台中部的观察者C看到列车车头正好到达站台最右端的A人时，车尾正好到达站台最左端的B人．图3(1)若此时站台上的观察者C看到A、B两人同时面向列车举起手中的小红旗，那么站在列车中点的观察者C′看到A、B两人是同时举旗的吗？如果不是同时举旗，他会看到哪个人先举旗？(2)站台上的观察者C看到列车长度刚好和站台长度相同，列车上的观察者C′认为列车长度和站台长度相同吗？如果不相同，他认为列车长还是站台长？(3)假定列车上的观察者C ′举起小红旗向站台上的A 、B 两人挥动致意，他认为自己从举起小红旗到放下小红旗的时间为t ，站台上的观察者C 观察到他举旗的时间也为t 吗？如果不是t ，他认为这个时间比t 长还是短？答案 (1)不是同时举旗，他看到A 人先举旗 (2)列车长度和站台长度不相同，站台要短一些 (3)不是t ，他认为这个时间比t 长 [知识梳理] 时间和长度的相对性 1．“同时”的相对性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时： (1)经典的时空观认为一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的． (2)狭义相对论的时空观认为不一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的． 2．长度的相对性(尺缩效应)(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同． (2)狭义相对论认为“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式：l ＝l 0 1－(vc)2，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变． 3．时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的． (2)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式 Δt ＝Δτ1－(vc)2，也就是说，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀． 4．经典时空观和狭义相对论时空观(1)经典时空观：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，即与物质的运动状态无关．(2)狭义相对论时空观：有物质才有时间和空间，空间和时间与物质运动状态有关． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点．(√) (2)一根杆的长度静止时为l 0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l 0.(×) (3)“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化．(×)(4)长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变．(√) (5)高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了．(√)(6)地面上的人认为两个事件同时发生，而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认为．(√)一、经典的相对性原理与狭义相对论应用狭义相对论的几点注意1．惯性系与非惯性系的确定：我们通常选取大地为惯性系，相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性参考系，相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系． 2．光的传播速度与惯性系的选取无关．在任何情况下，真空中的光速都是c . 3．力学规律相对于惯性系来说都是相同的．例1 如图4所示，在列车车厢里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上的观察者看到小球的速度分别是多少？图4答案 10 m /s 30 m/s解析对车上的观察者：小球的初速度v 0＝0，加速度a ＝Fm ＝1 m /s 2，经过10 s ，速度v 1＝at ＝10 m/s.对地上的观察者：小球初速度v 0＝20 m/s ，加速度为a ＝Fm ＝1 m /s 2.经过10 s ，速度v 2＝v 0＋at ＝30 m/s.两个观察者的结果虽然不同，但都利用了牛顿运动定律，因此都是惯性参考系.观察的结果不同，是因为选择了不同的参考系.例2 (多选)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答案 CD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 ，即对不同的惯性参考系光速是相同的，因此C 、D 正确，A 、B 错误．二、时间和空间的相对性应用相对论“效应”解题的一般步骤：(1)应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度．(2)明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果． (3)应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算．例3 地面上长100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？答案 100 km 80 km解析当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c 时，由相对论长度公式l ＝l 01－(vc)2代入相应的数据解得：l ＝100×1－0.62 km ＝80 km.例4 π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s(在它自己的参考系中测得) (1)如果此粒子相对于实验室以0.8c 的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？(2) 在(1)中实验室坐标系里测量的π＋介子在衰变前运动了多长距离？答案 (1)4.3×10－8 s (2)10.32 m解析 (1)π＋介子在实验室中的寿命为 Δt ＝Δτ1－(v c)2＝2.6×10－81－0.82s ≈4.3×10－8 s.(2)该粒子在衰变前运动的距离为x ＝v Δt ＝0.8×3×108×4.3×10－8 m ＝10.32 m.1．(多选)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答案 AC2.如图5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5A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．c 答案 D解析由狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知，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．3．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲的手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是( ) A ．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度长 B ．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度短 C ．乙看到甲的手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度长 D ．乙看到甲的手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同答案 B 解析由l ＝l 01－(vc)2可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时，都发现对方手中的尺比自己手中的尺短，故B 正确，A 、C 、D 错误． 4．(多选)用相对论的观点判断下列说法，其中正确的是( )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 ．在地面上看，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短，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 远小于c 时，“长度收缩”和“时间膨胀”效果可忽略不计答案 CD解析时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A 错误．由l ＝l 01－(vc)2可知两处的人都感觉l ＜l 0，所以C 正确．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B 错误，D 正确．一、选择题1．(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答案 AD解析由经典力学的局限性可知A 、D 正确． 2．关于相对论的认识，下列说法正确的是( )A ．因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的B ．空间与时间之间是没有联系的C ．在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关D ．惯性系就是静止不动的参考系E ．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同答案 C3．如图1所示，世界上有各式各样的钟：砂钟、电子钟、机械钟、光钟和生物钟．既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢．这种说法是( )图1A ．对的，对各种钟的影响必须相同B ．不对，不一定对所有的钟的影响都一样C ．A 和B 分别说明了两种情况下的影响D ．以上说法全错答案 A4．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 ＋vD ．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，光速都是一样的答案 D解析相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及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知，选项B 、C 错误，D 正确．5.如图2所示，在一个高速转动的巨大转盘上放着A 、B 、C 三个时钟，下列说法正确的是( )图2A ．A 时钟走时最慢，B 时钟走时最快 B ．A 时钟走时最慢，C 时钟走时最快 C ．C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快D ．B 时钟走时最慢，A 时钟走时最快答案 C解析 A 、B 、C 三个时钟中，C 相对于地面的速度最大，A 相对于地面的速度最小；由Δt ＝Δτ1－(v c)2可知，C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快，故选项C 正确．6．如图3所示，沿平直铁路线上有间距相等的三座铁塔A 、B 和C .假想有一列车沿AC 方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B 发出一个闪光，列车上的观察者测得A 、C 两铁塔被照亮的顺序是( )图3A ．同时被照亮B ．A 先被照亮C ．C 先被照亮D ．无法判断答案 C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 到A 的距离大于光从B 到C 的距离，由t ＝lc知，光从B 到C 用时短，C 先被照亮．7．惯性系S 中有一边长为l 的正方形(如图4所示)，从相对S 系沿x 方向以接近光速的速度匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )图4答案 C解析由相对论长度公式l ＝l 0 1－(vc)2得，运动方向上的边长变短，垂直运动方向上的边长不变．8．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这段路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为( ) A ．0.5c B ．0.6c C ．0.8c D ．0.9c答案 C解析由l ＝l 0 1－(v c )2，且l l 0＝35可得：v ＝0.8c ，故C 正确．二、非选择题9．一长杆在车厢中静止，杆与车厢前进的方向平行．在车厢中测得杆长为1.0 m ，车厢以41.7 m /s 的速率行驶(相当于150 km/h)．求在地面测得的杆长．答案见解析解析 l ＝l 0 1－(vc)2＝1－(41.73×108)2 m ≈1－1.93×10－14m. 10．一个摆钟在静止参考系中的摆动周期是3.0 s ，当一个观测者相对该摆钟以0.99c 的速度运动时，观测者测得的周期是多少？摆钟是变快了还是变慢了？答案 21.3 s 变慢了解析由时间延缓效应公式：Δt ＝Δτ1－(v c )2，又已知Δτ＝T ＝3.0 s ，所以可得：T ′＝T 1－(v c)2＝3.01－(0.991)2 s ≈21.3 s ，由T ′＞T ，可看出摆钟变慢了．11．长度测量与被测物体相对于观察者的运动情况有关，物体在运动方向上长度会缩短．一艘宇宙飞船的船身长度为L 0＝90 m ，相对地面以v ＝0.8c 的速度从一观测站的上空飞过． (1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？答案 (1)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s解析 (1)观测站测得船身的长度为L ＝L 0 1－(v c)2＝901－0.82 m ＝54 m ，通过观测站的时间间隔为Δt ＝L v ＝54 m0.8c＝2.25×10－7 s.(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 Δt ′＝L 0v ＝90 m 0.8c＝3.75×10－7 s.。

高中物理 15.1 相对论的诞生导学案新人教版选修

高中物理 15.1 相对论的诞生导学案新人教版选修15、1 相对论的诞生导学案新人教版选修3-4【学习目标】（1）了解相对论诞生的历史背景，了解经典的相对性原理（2）知道狭义相对论的两个基本假设（3）同时的相对性、运动长度的收缩、时间间隔的相对（4）了解时空相对性的验证、了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别【重点难点】狭义相对论的两点假设【学习内容】【自主预习】（认真阅读教材p98-p100，独立完成下列问题）1、要描述一个物体的运动，必须先确定___________。

20世纪初，著名物理学家______________建立了举世闻名的相对论，使人们对___________和__________的认识产生了根本性的变革。

2、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________________。

3、狭义相对论的两个基本假设：____________________和____________________。

4、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。

5、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。

6、狭义相对论指出，_____________和_____________的量度与参考系的选择有关。

课中合作探究有一个科幻故事：一个中年人乘坐接近光速的宇宙飞船，他在宇宙飞船飞行了很长时间后回到地球，当他到达地面时，发现他的儿子已经是白发苍苍的老头了，而他自己基本上没有发生什么变化，你觉得这个故事的科学道理在哪里？【课堂小结与反思】【课后作业与练习】1、有甲、乙两人，甲以2m/s的速度向东直线行走，乙以1、5m/s的速度向西直线行走，则甲相对于乙的速度大小为（）A、2m/sB、1、5m/sC、3、5m/sD、0、5m/s2、下列说法正确的是（）A、物理的基本规律在所有惯性系中都是等价的B、在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动都无关C、在任何惯性系中，光在真空中沿任意方向的传播速度都相同D、以上说法均不正确3、一根沿自身长度方向运动的直杆，其长度比静止时（）A、长B、短C、相等D、不能确定4、一米长的标尺以相对论速度穿过一根几米长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。

新人教版高中物理选修3-4 15.1 相对论的诞生(共15张PPT)

2
在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理学家，威廉·汤姆孙，回顾了物理学在过去几百年中的发展，充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。但同时他也承认“明朗的天空中还有两
朵小小的、令人不安的乌云”
3
与黑体辐射有关
量子理论诞生
狭义相对论：时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。
14
早在1895年(16岁,上中学)时，爱因斯坦提出了一个有趣的追光假想实验：如果他骑在火箭上以光速c前进，追随一条光线运动，看到的光将是怎样的景象？
时间、空间是什么，别人在很小的时候就搞清楚了，我智力发展迟缓，长大了还没有搞清楚，于是一直揣摩这个问题，结果也就比别人钻研得更深一些。
－－－爱因斯坦
15
v
光速＝
光速＝
10
为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地球在“以太”中运动的速度。1887年的迈克耳孙——莫雷实验是最著名的一个：它们将一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动方向一致，另一束和地球运动方向垂直，然后使它们发生干涉。如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换（旋转干涉仪）时干涉条纹就会发生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响。他们期待发现，这两束光的传播速度会有所不同，然而不管他们如何努力，精密的实验得到的结果却是两束光的速度没有预计的差别。
11某一特殊的惯性系成立。
（2）经典力学要作修改。
爱因斯坦
否认以太的存在
不存在特殊的惯性参考系。无论是力学规律还是电磁规律，它们对任何惯性参考系都是一样的。
相对性原理对一切自然规律都适用。

最新人教版选修(3-4)《课题：相对论简介》教案

最新人教版选修（3-4）《课题：相对论简介》教案教学目的：1．了解相对论的诞生及发展历程2．了解时间和空间的相对性3．了解狭义相对论和广义相对论的内容教学重点：时间和空间的相对性、狭义相对论和广义相对论教学难点：时间和空间的相对性教学过程：一、狭义相对论的基本假设牛顿力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比）运动时总结出来的.对于微观粒子,牛顿力学并不适用,在这一章中我们还将看到,对于高速运动,即使是宏观物体,牛顿力学也不适用.19世纪后半叶,关于电磁场的研究不断深入,人们认识到了光的电磁本质.我们已经知道,电磁波是以巨大的速度传播的,因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾,这些矛盾导致了相对论的出现.相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律,而且改变了我们对于时间和空间的认识,它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑.经典的相对性原理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.我们引用伽利略的一段话,生动地描述了一艘平稳行驶的大船里发生的事情.“船停着不动时,你留神观察,小虫都以等速向各方向飞行,鱼向各个方向随意游动,水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向不比向另一方向用更多的力.你双脚齐跳,无论向哪个方向跳过的距离都相同.当你仔细观察这些事情之后,再使船以任何速度前进,只要运动是匀速的,也不忽左忽右地摆动,你将发现,所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定,船是在运动还是停着不动”通过这段描述以及日常经验,人们很容易相信这样一个论述：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.相对性原理可以有不同的表述.例如还可以表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动；或者说,任何惯性系都是平权的.在不同的参考系中观察,物体的运动情况可能不同,例如在一个参考系中物体是静止的,在另一个参考系中看,它可能是运动的,在不同的参考系中它们运动的速度和方向也可能不同.但是,它们在不同的惯性系中遵从的力学规律是一样的,例如遵从同样的牛顿运动定律、同样的运动合成法则……光速引起的困难自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后,物理学家们就在思考,这个速度是对哪一个参考系说的？如果存在一个特殊的参考系O,光对这个参考系的速度是c,另一个参考系O′以速度v沿光传播的方向相对参考系O运动,那么在O′中观测到的光速就应该是c-v,如果参考系O′逆着光的传播方向运动,在参考系O′中观测到的光速就应该是c+v.由于一般物体的运动速度比光速小得多,c+v和c-v与光速c的差别很小,在19世纪的技术条件下很难直接测量,于是物理学家们设计了许多巧妙的实验,力图测出不同参考系中光速的差别.最著名的一个实验是美籍物理学家麦克尔逊设计的.他把一束光分成互相垂直的两束,一束的传播方向和地球运动的方向一致,另一束和地球运动的方向垂直,然后使它们发生干涉,如果不同方向上的光速有微小的差别,当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化.由于地球在宇宙中运动的速度很大,希望它对光速能有较大的影响.但是,这个实验和其他实验都表明,不论光源和观察者做怎样的相对运动,光速都是相同的.这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊,因为它和传统的观念,例如速度合成的法则,是矛盾的.狭义相对论的两个假设上面的矛盾使我们面临一个困难的选择：要么放弃麦克斯韦的电磁理论,要么否定特殊参考系的存在.爱因斯坦选择了后者.他认为,既然在不同的惯性系中力学规律都一样,我们会很自然地想到,电磁规律在不同的惯性系中也是一样的,也就是说,并不存在某一个特殊参考系（例如地球参考系、太阳参考系,或者所谓的以太……）爱因斯坦把伽利略的相对性原理推广到电磁规律和一切其他物理规律,成为他的第一个假设：在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.这个假设通常称为爱因斯坦相对性原理.另一条假设是：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没有关系.这个假设通常叫做光速不变原理.这两个假设似乎是麦克尔逊实验的直接结论,为什么还要叫做假设？这是因为,虽然实验表明了假设所说的内容,但这终归是有限的几次实验.只有在从这两个假设出发,经过逻辑推理（包括数学推导）所得出的大量结论都与事实相符时,它们才能成为真正意义上的原理同时的相对性作为相对论的两个假设的直接推论,现在讨论“同时”的相对性,以体会相对论描述的世界和我们日常的经验有多大的差别.我们研究两个“事件”的同时性.在这里,“事件”可以指一个光子与观测仪器的碰撞,也可以指闪电对地面的打击,还可以指一个婴儿的诞生……假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶.车厢中央有一个光源发出了一个闪光,闪光照到了车厢的前壁和后壁,这是两个事件.车上的观察者认为两个事件是同时的.在他看来这很好解释,因为车厢是个惯性系,光向前、后传播的速度相同,光源又在车厢的中央,闪光当然会同时到达前后两壁（图甲）.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、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（图乙）,这两个事件不同时. 在经典物理学家的头脑中,如果两个事件在一个参考系中看来是同时的,在另一个参考系中看来一定也是同时的,这一点似乎天经地义,无需讨论.但是,如果接受了爱因斯坦的两个假设,我们自然会得出“同时是相对的”这样一个结论.为什么在日常生活中没有人觉察到这种相对性？原来,火车运动的速度远远小于光速,光从车厢中央传播到前后两壁的短暂时间内,火车前进不了多大距离,因此地面观察者不会发现闪光到达前壁、后壁的时间差.时间和空间的相对性时间间隔的相对性经典物理学认为,某两个事件,在不同的惯性系中观察,它们发生的时间差,也就是它们的时间间隔,总是相同的.但是,从狭义相对论的两个基本假设出发,我们会看到,时间间隔是相对的.还以高速火车为例,假设车厢地板上有一个光源,发出一个闪光.对于车上的人来说,闪光到达光源正上方h高处的小镜后被反射,回到光源的位置（如图甲）,往返所用的时间为△t′.对于地面的观察者来说,情况有所不同.从地面上看,在光的传播过程中,火车向前运动了一段距离,因此被小镜反射后又被光源接收的闪光是沿路径AMB传播的光（图乙）.如果火车的速度为v,地面观察者测得的闪光从出发到返回光源所用时间记为△t,那么应用勾股定理可得这又是一个令人吃惊的结论：关于闪光从光源出发, 经小镜反射后又回到光源所经历的时间,地面上的人和车上的人测量的结果不一样,地面上的人认为这个时间长些.更严格的推导表明,（1）式具有普遍意义,它意味着,从地面上观察,火车上的时间进程变慢了,由于火车在运动,车上的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了：时钟走得慢了,化学反应慢了,甚至人的新陈代谢也变慢了……可是车上的人自己没有这种感觉,他们反而认为地面上的时间进程比火车上的慢,因为他们看到,地面正以同样的速度朝相反的方向运动！（１）式又一次生动地展示了时间的相对性.长度的相对性在这一小节中我们将要说明,高速火车上的一个杆,当它的方向和运动方向平行时,地面上的人测得的杆长要小于火车上的人测得的杆长！假设一个杆沿着车厢运动的方向固定在火车上,和车一起运动.在火车上的人看来,杆是静止的.他利用固定在火车上的坐标轴,测出杆两端的位置坐标,坐标之差就是他测出的杆长L′.地面上的人要利用固定在地面上的坐标轴,测出杆两端的位置坐标,坐标之差就是他测出的杆长L.可是,对于地面上的人,杆是运动的,要使这种测量有意义,他必须同时测出杆两端的位置坐标；如果在某一时刻测出杆一端的位置坐标,在另一时刻测出另一端的位置坐标,坐标之差就不能代表杆长了.火车上的人和地面上的人各自用上述方法测量随车运动的杆长,结果发现,L′＞L.他们两人的测量都是符合测量要求的,但测量结果不同,这跟同时的相对性有关.地面上的人认s为同时的两个事件（同时对A、B两端读数）,火车上的人认为不是同时的.火车上的人认为,地面上的人对B端的读数早些,对A端的读数迟些,在这个时间内杆向前运动了一段距离,因而地面上的人测得的杆长比较短.（2）式具有普遍意义,也就是说,一个杆,当它沿着自身的方向相对于测量者运动时,测得的长度比它静止时的长度小,速度越大,差别也越大.这就是我们所说的空间的相对性.当杆沿着垂直于自身的方向运动时,测得的长度和静止时一样.可以想像这样一幅图景：一列火车以接近光的速度从我们身边飞驶而过,我们感到车厢变短了,车窗变窄了……火车越快,这个现象越明显,但是车厢和车窗的高度都没有变化.车上的人有什么感觉呢？他认为车上的一切都和往常一样,因为他和火车是相对静止的.但是,他却认为地面上的景象有些异常：沿线的电线杆的距离变短了,面对铁路线的正方形布告牌由于宽度变小而高度未变竟成了窄而高的矩形……时空相对性的实验验证从（l）、（2）两式可以看到,只有当两个参考系的相对速度可与光速相比时,时间与空间的相对性才比较明显.目前的技术还不能使宏观物体达到这样的速度,但是随着对微观粒子研究的不断深入,人们发现,许多情况下粒子的速度会达到光速的90％以上,时空的相对性应该是不可忽略的.事实正是如此.时至今日,不但狭义相对论的所有结论已经完全得到证实,实际上它已经成为微观粒子研究的基础之一.时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关（1941年）.宇宙线是来自太阳和宇宙深处的高能粒子流,它和高层大气作用,又产生多种粒子,叫做次级宇宙线,它们统称宇宙线.次级宇宙线中有一种粒子叫做μ子,寿命不长,只有 3.0μs,超过这个时间后大多数μ子就衰变为别的粒子了.宇宙线中μ子的速度约为0.99c,所以在它的寿命之内,运动的距离只有约890m.μ子生成的高度在100km以上,这样说来宇宙线中的μ子不可能到达地面.但在实际上,地面观测到的宇宙线中有许多μ子,这只能用相对论来解释.我们说μ子的寿命为 3.0μs,这是在与它相对静止的参考系中说的.从地面参考系看,μ子在以接近光速的速度运动,根据（l）式,它的寿命比3.0μs长得多,在这样长的时间内,许多μ子可以飞到地面.如果观察者和μ子一起运动,这个现象也好解释.这位观察者看到,μ子的寿命仍是 3.0μs,但是大地正向他扑面而来,因此大气层的厚度不是100km,由于长度的相对性,在他看来大气层比100km薄得多,许多μ子在衰变为其他粒子之前可以飞过这样的距离.相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的.当时把铯原子钟放在喷气式飞机上作环球飞行,然后与地面上的基准钟对照.实验结果与理论预言符合得很好.相对论的时空观什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面回答.但是从它对问题的处理上,我们体会到,经典物理学认为空间好像一个大盒子（一个没有边界的盒子）,它是物质运动的场所.至于某一时刻在某一空间区域是否有物质存在,物质在做什么样的运动,这些对于空间本身没有影响,就像盒子里是否装了东西对于盒子的性质没有影响一样.时间与此相似,它在一分一秒地流逝,与物质的运动无关.换句话说,经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的,是绝对的,空间与时间之间也是没有联系的.相对论则认为有物质才有空间和时间,空间和时间与物质的运动状态有关.前面已经看到,在一个确定的参考系中观察,运动物体的长度（空间距离）和它上面物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关.我们生活在低速运动的世界里,因此自然而然地接受了经典的时空观,过去谁都未曾有意识地考虑过空间与时间的性质.只有当新的实验事实引出的结论与传统观念不一致时,人们才回过头来认真思考过去对于空间和时间的认识.科学的发展和人对于自然界的认识就是这样一步一步地前进的.新科学没有全盘否定经典物理学,经典物理学建立在实验的基础上,它的结论又受到无数次实践的检验.虽然相对论更具有普遍性,但是经典物理学作为它在低速运动时的特例,在自己的适用范围内还将继续发挥作用.狭义相对论的其他三个结论我们不做推导而直接引入狭义相对论的三个重要结论.相对论速度叠加公式仍以高速火车为例.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为如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反,则u′取负值.这两个速度的方向垂直或成其他角度时,（1）式不适用,这种情况不做讨论按照经典的时空观,u=u′+v.而从（1）式来看,实际上人对地面的速度u比u′与v之和要小,不过只有在u′和v的大小可以与c相比时才会观察到这个差别.从（1）式还可以看出,如果u′和v都很大,例如十分接近光速,它们的合速度也不会超过光速,也就是说,光速是速度的极限.此外,当u′=c时,不论v取什么值,总有u=c,这表明,从不同参考系中观察,光速都是相同的,这和相对论的第二个假设一致.相对论质量按照牛顿力学,物体的质量是不变的,因此一定的力作用在物体上,产生的加速度也是一定的,这样,经过足够长的时间以后物体就可以达到任意大的速度.但是相对论的速度叠加公式告诉我们,物体的运动速度不能无限增加.这个矛盾启发我们思考：物体的质量是否随物体的速度而增大？严格的论证证实了这一点.实际上,物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有如下关系：微观粒子的运动速度很高,它的质量明显地大于静止质量,这个现象必须考虑.例如,回旋加速器中被加速的粒子,在速度增大后质量增大,因此做圆周运动的周期变大,它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步,所以回旋加速器中粒子的能量受到了限制.质能方程相对论另一个重要结论就是大家已经学过的爱因斯坦质能方程：E = mc2（3）它表达了物体的质量和它所具有的能量的关系.物体运动时的能量E和静时有以下近似关系于是知道：这就是过去熟悉的动能表达式.这个结果又一次让我们看到,牛顿力学是相对论力学在v<<c时的特例.。

湖北省阳新高中物理选修3-4 15.1《相对论的诞生》教案4(新人教版)

南充高中2012—2013学年度上学期期中考试高2012级雅思试题Section one（每题0.5分，共7分）1.Vocabularydrawer抽屉ball-point 圆珠笔的cloak room衣帽寄存处pack一包，一组gown 长袍2.ExercisesA) Choose the best answer (A, B or C) to complete each of the following statements concerning Dialogues 1—7. The dialogues will be spoken only once.Dialogue 151. Mr. Morgan's son is_________A) Irish B) Welsh C) EnglishDialogue 252.The woman's parents live in_________A) Australia B) Greece C）YugoslaviaDialogue 353. Jone Smith is a ________A) librarian B) nurse C) typistDialogue 454. The man is in a _________A) cinema B) hotel C) cloak roomDialogue 555.Miss Clark's handbag is a _________A) big leather one B) small plastic one C) white straw oneDialogue 656. The second man is looking at _________A) some rare stampsB) some expensive skirtsC) some beautiful slippersDialogue 757. Miss Green is _________ at the moment.A) in her kitchen cookingB) in her office typingC) in her bedroom sleepingB) Answer the following questions concerning Dialogues 8—14. The dialogues will be spoken only once.Dialogue 8What are there in the drawer?_________________________________________________________________Dialogue 9How much oil does the man want?_________________________________________________________________Dialogue 10What is there in the cupboard?_________________________________________________________________Dialogue 11Where is Miss Sue from?_________________________________________________________________Dialogue 12What is Miss Jenkins?_________________________________________________________________Dialogue 13Why does she like her manager?_________________________________________________________________Dialogue 14What is the man looking for?_________________________________________________________________Section Two（每题0.5分，共18分）1.Vocabularysell out出售reserve预定intend to打算，计划dial拨打sack解雇comment on对…进行评价2 .ExercisesA) Telephone Conversation1:Fill in the missing words. The conversation will be spoken twice.Clerk: Cambridge Theatre. Box Office.Henry: Have you got any tickets for Romeo and Juliet 1）__________________ evening?Clerk: Which performance? 2）____________or3）_______________?Henry: 4）____________, please.Clerk：Sorry, that performance is5）_________________.Henry: Well, have you got 6）________________________ for the7）______________________ performance?Clerk: Yes, we have tickets at8）________________, 9）____________ and10）____________.Henry: 11）____________ reserve two seats at12）_______________________,please.Clerk：Right. That's two tickets at13)____________.14)____________, 15)____________performance.16) ________________________, please?Henry：Bishop. Henry Bishop.Clerk：Thank you. You'll collect the tickets before17) ___________on18)____________，won't you,?Henry：Yes, of course. Thank you. Goodbye.B)Telephone Conversation 2.1.Answer the following questions briefly. The conversation will be spoken three times1) Has the number Clam intends to dial been changed?_________________________________________________________________2)How do you know?_________________________________________________________________3) What's the phone number?_________________________________________________________________4) How long hasn't Sue heard from Clara?_________________________________________________________________5) Why is Clara ringing Sue now?_________________________________________________________________6) What has happened to Sue?_________________________________________________________________7) What does Clara think of Sue?_________________________________________________________________8) What has Sue experienced a great deal?_________________________________________________________________9) What does Clara want to know?_________________________________________________________________10) How does Sue comment on the first ten questions?_________________________________________________________________plete the questions that Sue is always asked in interviews.1) Why I want to______________2) Why I am interested______________3) How I_______________________4) How long_______________________6) Where______________6) Where______________7) How much_______________________8) How much I expect_______________________Section Three（共15分）1.VocabularyGeorge乔治silly 傻的definitely 确切地2.Dictation .The dictations will be spoken twice.Dictation1: ________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Dictation2: _________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 第二部分阅读（每题1分，共50分）1.The writer looked at the man and the woman angrily. He was very________.A. sadB. unhappyC. crossD. pleased2. He spent the whole day in his room. He was in his room _______ day.A . the whole B. the all C. all D. all of3. He will soon visit Darwin. He will visit Darwin ____________.A. quicklyB. for a short timeC. shortlyD. in a hurry4. Mr. Scoot’s ‘telephone service’ is private. It is ____________.A. generalB. spareC. secretD. his own5. She gave him a piece of cheese. He put the _______ of cheese in his pocket.A. bitB. barC. blockD. packet6. The detectives were _________ a valuable parcel of diamonds.A. expectingB. waitingC. expecting forD. expecting to7. Joe grows more flowers. More flowers _______ in his garden.A. growB. grow tallC. grow upD. grow big8. How many times did the clock_________?A. hitB. beatC. knockD. strike9. It was fifteen minutes ________ eleven.A. passB. pastC. passedD. pasted10. There aren’t enough chairs here for us all. Please bring ______ one.A. otherB. anotherC. extraD. a different11. Most of the young people will be there. __________ the young people will be there.A. A lotB. Nearly allC. SomeD. Many12. ‘Mr. Harmsworth,’ I said________ a weak voice.A. inB. withC. onD. under13. The writer would receive an extra ￡1,000 a year. He would get ￡1,000 a year ______.A. lessB. moreC. overD. up14. She often appears as a young girl. She ______on the stage as a young girl.A. is presentedB. pointsC. showsD. seemsAHaroun Tazieff, the Polish scientist, has spent his lifetime studying active volcanoes(火山)and deep caves in all parts of the world. In 1948,he went to Lake Kivu in the Congo to observe(观察) a new volcano which he later named Kituro. Tazieff was able to set up his camp very close to the volcano while it was erupting(喷发) violently(猛烈地). Though he managed to take a number of brilliant photographs, he could not stay near the volcano for very long. He noticed that a river of liquid rock was coming towards him. It threatened(威胁) to surround(包围) himcompletely, but Tazieff managed to escape just in time. He waited until the volcano became quiet and he was able to return two days later. This time, he managed to climb into the mouth of Kituro so that he could take photographs and measure temperatures. Tazieff has often risked his life in this way. He has been able to tell us more about active volcanoes than any man alive.Comprehension理解15 Tazieff went to the Congo__________(a) to observe Lake Kivu (b) to take photographs(c) to name a new volcano (d) to investigate(调查) a new volcano16 Kituro erupted violently___________.(a) and Tazieff had to leave but he returned later(b) so Tazieff had to leave and couldn't return(c) so Tazieff couldn't take photographs(d) so Tazieff couldn't measure temperaturesStructure结构17 He managed to take a number of photographs. This means he________them(a) might have taken (b) could have taken (c) should have taken (d) succeeded in taking18 He escaped just in time. He________ escaped.(a) just only (b) only (c) soon (d)only just19 He waited until the volcano became quiet He waited________ quiet(a) to the volcano to become (b) the volcano to become(c) the volcano became (d) for the volcano to become20 He was able to return. This means he ________.(a) could if he wanted to (b) might (c) could have (d) did21 He has been able to tell us a lot________ volcanoes.(a) considering (b) on the subject of (c) in relation (d) referringVocabulary词汇22 Tazieff is a Polish scientist He comes from________.(a) Pole (b) Poland (c) Polish (d) the Pole23 He named it Kituro. That's what he________ it(a) called (b) shouted (c)cried (d) screamed24 The rock was in a liquid state. It wasn't________.(a) firm (b) stable (c) whole (d) solid25 He wanted to measure temperatures. He wanted to________ them.(a) count (b) make (c) do (d) take26 He has told us more than any_______ person.(a) alive (b) lively (c) live (d) livingBIn 1858, a French engineer, Aimé Thomé de Gamond, arrived in England with a plan for a twenty-one-mile tunnel(隧道) under theEnglish Channel. He said that it would be possible to build aplatform(平台) in the centre of the Channel. This platform wouldserve as a port and a railway station. The tunnel would bewell-ventilated(通风的) if tall chimneys(烟囱) were built above sea level. In 1860, a better plan was put forward by an Englishman, William Low. He suggested that a double railway-tunnel should be built. Thiswould solve the problem of ventilation(通风), for if a train entered this tunnel, it would draw in fresh air behind it. Forty-two years later a tunnel was actually begun. If, at the time, the British had not feared invasion(入侵), it would have been completed. The world had to wait almost another 100 years for the Channel Tunnel. It was officially (正式地)opened on March 7, 1994, finally connecting Britain to the European continent(大陆)Comprehension理解27 William Low's idea was better than de Gamond’s because ________.(a) it was cheaper(b) there were no chimneys in his plan(c) his tunnel would be better ventilated(d) it wouldn't be necessary to build a platform in the centre of the Channel28 Work on the Channel Tunnel________.(a) began immediately after William Low outlined his plan(b) never began(c) began a long time after William Low put up his plan(d) began recently when William Low put up his planStructure句型29 It would be possible to build a platform. A platform________.(a) could build (b) would be built (c) could be built (d) would build30 He suggested________ a double railway tunnel.(a) to build (b) build (c) building (d) that building31 This would solve the problem. That's how the problem________ solved.(a) would been (b) would be (c) would have been (d) had been32 If a train________ this tunnel, it would draw in fresh air behind it.(a) would enter (b) entered (c) will enter (d) enters33 People were________ the idea of a Channel Tunnel(a) interesting in (b) interested for (c) interested in (d) interesting forVocabulary词汇34 The tunnel would be well ventilated. It would have good________.(a) air (b) airing (c) ventilation (d) circulation35 A plan was put forward by William Low. He________ it.(a) suggested (b) intended (c) aimed at (d) planned36 The British feared invasion. They were________ it.(a) in favour of (b) afraid of (c) prevented (d) ended37 It finally connects Britain and Europe. Britain and Europe are finally________.(a) mixed (b) joined together (c) rejoined (d) combined38 The tunnel has now been completed. It has been________.(a) ended (b) finished (c) prevented (d) stoppedCFiremen had been fighting the forest fire for nearly three weeks before they could get it under control. A short time before, great trees hadcovered the countryside for miles around. Now, smoke still rose up from the warm ground over the desolate(荒凉的) hills. Winter was coming on and the hills threatened(威胁) the surrounding villages with destruction(破坏), for heavy rain would not only wash away the soil but would cause serious floods as well. When the fire had at last been put out, the forestauthorities(当局) ordered several tons of a special type of grass-seed which would grow quickly. The seed was sprayed(喷撒) over the ground in huge quantities(量) by aeroplanes. The planes had been planting seed for nearly a month when it began to rain. By then, however, in many places the grass had already taken root(根). In place of the great trees which had been growing there for centuries, patches(小片) of green had begun to appear in the blackened soil.Comprehension理解39 Grass-seed had to be planted quickly_________.(a) to prevent flooding (b) because it was late in the season(c) to save the trees (d) because the trees had been growing for centuries40 Planes were used because____________.(a) there had been a fire (b) the hills were bare(c) there weren't any trees (d) this was the quickest way to plant huge quantities of seedStructure句型41.___________had they been fighting the forest fire? For nearly three weeks.(a) How much (b) How often (c) What time (d) How long42 The hills threatened the surrounding villages with destruction. The villages___________.(a) were destroyed (b) had destroyed (c) might be destroyed (d) could destroy43 If it rained heavily there___________ floods.(a) will be (b) can be (c) had been (d) would be44 The planes___________ nearly a month to plant the seed.(a) did (b) made (c) took (d) had45 The trees had been there___________.(a) since centuries (b) before centuries (c) for centuries (d) centuries longVocabulary词汇46 Heavy rain would wash away the soil. It would___________.(a) clean it (b) carry it away (c) wash it (d) wet it47 Large___________ of seed were used.(a) weights (b) measures (c) tons (d) amounts48 The seed had already taken root. It had begun to___________(a) grow (b) root (c) grow up (d) increase49 Patches of green had begun to appear. There was green grass___________.(a) everywhere (b) only in one or two places(c) in one place (d) here and there50 The grass had begun to appear in the soil. It had begun to ___________.(a) point (b) show (c) seem (d) point out第三部分：作文（30分）假如你是杨方，你要竞选班长（class president），请根据以下内容写一篇竞选演讲词。

人教版高中物理选修3-4课件 15 相对论的诞生课件

人民教育出版社高二 | 选修3-4
三、狭义相对论的两个基本假设： (1)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。 (2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都相同。
这两个假设是迈克耳孙——莫雷的直接结论，但由于是有限的几次实验的结论，还要大量的实验来证明，还要经过逻辑推理的大量结论来验证才能成为真正的原理。
人民教育出版社高二 | 选修3-4
2.相对性原理的三种表述 ①表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的（伽利略相对性原理）。 ②表述二：在一个惯性参考系一个惯性系做匀速直线运动。 ③表述三：任何惯性参考系都是平权的。
人民教育出版社高二 | 选修3-4
人民教育出版社高二 | 选修3-4
探究提升： 1：如何理解光速不变原理？答：我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也不同，这是经典力学中速度的概念。但是，1887年迈克耳孙——莫雷实验中证明的结论是：不论取什么样的参考系，光速都是一样的，也就是说光速的大小与选取的参考系无关，光的速度是从麦克斯韦方程组中推导出来的，它没有任何前提条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的速度。
人民教育出版社高二 | 选修3-4
2：伽利略相对性原理与狭义相对论原理有何不同？答：伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的；狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的。
人民教育出版社高二 | 选修3-4
课堂练习：例1：关于狭义相对论的两个假设，正确的是( AC ) 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

高中物理选修3-4第十五章相对论简介全章教案

教学课题：相对论的诞生一．教学目标【知识和技能】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3.知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾4.知道狭义相对论的两个基本假设【过程和方法】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【情感、态度、价值观】明确物理理论的发展的基础—事实与理论的矛盾二．教学重点、难点重点：经典的相对性原理和光速不变难点：相对性原理的体味三．教学仪器投影仪四．教学方法讲授、阅读和讨论五．教学过程引入（阅读教材）牛顿力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比）运动时总结出来的.对于微观粒子，牛顿力学并不适用，在这一章中我们还将看到，对于高速运动，即使是宏观物体，牛顿力学也不适用.19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入，人们认识到了光的电磁本质.我们已经知道，电磁波是以巨大的速度传播的，因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论的出现.相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑.新课一、经典的相对性原理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.我们引用伽利略的一段话，生动地描述了一艘平稳行驶的大船里发生的事情.“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方向用更多的力.你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同.当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动”通过这段描述以及日常经验，人们很容易相信这样一个论述：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.相对性原理可以有不同的表述.例如还可以表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的.在不同的参考系中观察，物体的运动情况可能不同，例如在一个参考系中物体是静止的，在另一个参考系中看，它可能是运动的，在不同的参考系中它们运动的速度和方向也可能不同.但是，它们在不同的惯性系中遵从的力学规律是一样的，例如遵从同样的牛顿运动定律、同样的运动合成法则……二、光速引起的困难自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后，物理学家们就在思考，这个速度是对哪一个参考系说的？如果存在一个特殊的参考系O，光对这个参考系的速度是c，另一个参考系O′以速度v沿光传播的方向相对参考系O运动，那么在O′中观测到的光速就应该是c-v，如果参考系O′逆着光的传播方向运动，在参考系O′中观测到的光速就应该是c+v.由于一般物体的运动速度比光速小得多，c+v 和c-v与光速c的差别很小，在19世纪的技术条件下很难直接测量，于是物理学家们设计了许多巧妙的实验，力图测出不同参考系中光速的差别.最著名的一个实验是美籍物理学家麦克尔逊设计的.他把一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动的方向一致，另一束和地球运动的方向垂直，然后使它们发生干涉，如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化.由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响.但是，这个实验和其他实验都表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的.这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊，因为它和传统的观念，例如速度合成的法则，是矛盾的.三、狭义相对论的两个假设上面的矛盾使我们面临一个困难的选择：要么放弃麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存在.爱因斯坦选择了后者.他认为，既然在不同的惯性系中力学规律都一样，我们会很自然地想到，电磁规律在不同的惯性系中也是一样的，也就是说，并不存在某一个特殊参考系（例如地球参考系、太阳参考系，或者所谓的以太……）爱因斯坦把伽利略的相对性原理推广到电磁规律和一切其他物理规律，成为他的第一个假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.这个假设通常称为爱因斯坦相对性原理. 另一条假设是：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没有关系.这个假设通常叫做光速不变原理.这两个假设似乎是麦克尔逊实验的直接结论，为什么还要叫做假设？这是因为，虽然实验表明了假设所说的内容，但这终归是有限的几次实验.只有在从这两个假设出发，经过逻辑推理（包括数学推导）所得出的大量结论都与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理. 例题与练习见学案小结狭义相对论的两个假设作业阅读教材和查找相关资料六．教学反思：教学课题：时间和空间的相对性一．教学目标【知识和技能】 1.同时的相对性 2.运动长度的收缩 3.时间间隔的相对【过程和方法】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【情感、态度、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。

物理：15.1《相对论的诞生》课件(新人教版选修3-4)

自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，上帝说：“让牛顿去吧，” 于是一切都成为光明。
后人续写道: 上帝说完多少年之后，魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，” 于是一切又回到黑暗中。
h
15
; https:// 170彩票
vyf59wbu
喝了。”于是大家停了手，分头去东、西两边屋子洗手擦脸。然后，耿家父子们过西边屋子里喝茶。乔氏端来一大盘子洗干净的苹果和脆枣儿放在圆桌上，说：“吃点儿果子和枣儿吧！这脆枣儿是对门儿的王婆婆今儿个早上让她大孙娃子送过来的，我吃了一个，又脆又甜！”小青说：“你们吃吧，我才不吃这枣儿呢！”白百大说：“丫头你不要这样说话，婆婆是一番好心意啊！她听说爹回来了，就送来脆枣儿。我们可是多年的好街坊了。”小青赌气地说：“那我也不吃！”乔氏开始打圆场了，连声说： “好好好，你不用吃，我们吃。耿大哥，你抓一把。英丫头，你吃，也给你哥和你弟抓一些。好吃着呢！”歇息一会儿，大家又去继续干活儿。到乔氏招呼大家吃午饭时，已经腾挪得只剩下四根准备做房梁用的大木材了。白百大说：“咱们吃饭去。下午，我多找几个有经验，有力气的人来。当年，这四根大木材可是十来个大汉才给抬进院儿里来的呢！还有，拆这几间棚子，也得请大家一起帮忙了。”从农历九月初六破土动工开始，白家五间新瓦房的修建工程进展得很顺利。那天傍晚，腾挪开盖房子的地方以后，白百大亲自动手象征性地挖了几铁锹，就算是已经破土了。次日早饭后，他请来了本镇上的几个具有丰富造房经验的工匠，拉开皮尺量好了五间新房各间地基的尺寸。然后，两家人就开始自己动手挖地基了。按照工匠们的要求挖好地基后，白百大又请来了十几个年轻力壮的街坊帮忙，大家齐心协力打地基、铺石子、垫柱基、立柱、起架、上梁、砌墙、铺椽、装前挡仅仅一个半月的时间，五间新屋的主体工程就已经完成了一大半。接下来需要做的是新屋封顶了。新屋封顶也叫“按栈”，是盖房过程中最紧张的一项工程。完成这一工程时，小伙子们光脚下泥盘，边刨边踩，光着脊梁，用长柄泥叉或泥耙往房顶上搭泥，房顶上小工们奔走如飞地运泥，泥匠师傅左右开弓挥舞抹刀抹泥。不管是几间房，都要一口气干完才能吃饭。因此，这一天是最需要较多人手来帮忙的。在新屋封顶的前一天，白百大和耿老爹就在院子里的西墙根儿下砌了两个临时的炉灶。小青则带领耿正兄妹三人，从街坊邻居那里借来了足够的桌椅板凳和碗呀碟呀的一应餐具；然后，又推着小推车到菜地，从菜农那里买回了好多各种各样的新鲜蔬菜；最后，他们又一起来到镇上的肉铺里，买回了不少的鸡、鸭、鱼、肉。新屋封顶当天的上午，好多街坊邻居都早早地赶来帮忙。挑水的、和泥踩泥搭泥运泥的、抹顶的大家都为白家起新屋感到非常高兴，干得热火朝天。不知不觉地日头已经接近正午了。此时，新屋封顶的工程也圆满完成了。那一天，街坊邻居的婆姨们也没有闲着。早饭后，她们也都早早地来到了白家，帮助乔氏操持

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)。

相对论的诞生
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
（3）知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾
（4）知道狭义相对论的两个基本假设
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
情感态度价值观：
（1）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
教学方法阅读小结
教学手段多媒体课件
教学活动
介绍相对论诞生的历史背景
①以太的研究（鲁科版较详细）
以太透明；以太的密度很小（光速很大）；以太很硬（电磁波为横波）；以太无所不在，充满整个空间。

②光速的测量
斐索光速测定
③迈克尔逊-莫雷实验
实验原理图实验干涉条纹
实验意义：
以太不存在；暗示真空中光速在任何参考系都不变；复习光的干涉现象
一、经典的相对性原理
①运动的相对性
中国古代研究：《尚书纬．考灵曜》（约东汉时代）
“地有四游，冬至地上行北而西三万里，夏至地下行南而东三万里，春秋两分是其中矣。

地恒动而人不知，譬如闭舟而行不觉舟之运也。

”
②伽里略相对性原理
《关于两种世界体系的对话》：“把你和朋友关在一条大船下的主舱里，让
你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼，然后挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里，船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方向飞行；鱼向各个方向随便游动；水滴滴进下面的罐中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向施更多的力。

当船以任何速度前进，只要是匀速的，你将发现，上述观察的现象依旧，你无法用任何现象判定船是运动还是不动……”
伽里略坐标变换公式 t
t z
z y y ut
x x ===-='''' 伽里略速度变换公式 u v v -=∴'
③牛顿力学的不变性m ′=m
F ′＝F
F＝ma F′＝m′a′
a=
∴'
a
力学规律在任何惯性参考系中都是相同的。

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、相对性原理与电磁规律之间的矛盾
麦克斯韦电磁理论的困难：
光是电磁波；由于真空介电常数和磁导率是与参考系无关的常量，因此c 也应是与参考系无关。

这就是说在任何参考系中测得的光在真空中的速度都应该是同一数值。

但是，根据相对性原理，若以c表示某一参考系K中测得的真空中光的速度，c′为以u运动的K′系中测得的光在真空中的速度，根据伽利略变换，就应有： c′= c—u
矛盾激发：“在不同的惯性系中光速不同”——“任何参考系中光速度都应该是同一数值”，说明相对性原理涉及到接近光速的高速领域产生了明显的困难。

当时人们为了解决这个困难，提出了三种可能：
（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方程组应满足伽利略不变性。

（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系成立。

（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变换下具有不变性。

这意味着经典牛顿力学要作修改，修改后的力学方程在新的变换下具有不变性。

三、狭义相对论的两个基本假设
狭义相对论的两个基本原理：
①爱因斯坦相对性原理———切物理定律，在不同的惯性系中是相同的
②光速不变原理——光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都
是相同的，与光源、观察者是否相对运动无关
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。

板书设计
相对论的诞生
一、经典的相对性原理
力学规律在任何惯性系中都是相同的
二、电磁理论与伽利略的相对性原理发生矛盾
三、狭义相对论的两点假设
（1）狭义相对性原理
一切物理规律在惯性系中都是相同的
（2）光速不变
光在真空中的向各个方向的速度都相同，即光的速度与光源、观察者的运动情况无关。

新人教版选修3-4高中物理相对论的诞生教案

人教版选修3-4 15.1 相对论的诞生 时间和空间的相对性 教案

(人教)高中物理选修34课件：15.12相对论的诞生 时间和空间的相对性

第15章 相对论简介—人教版高中物理选修3-4教案

高中物理人教版选修3-4教学案：第十五章 第1、2节 相对论的诞生 时间和空间的相对性 含解析