第6章经典力学与现代物理6.2狭义相对论的基本原理学案沪科版必修2

合集下载

物理沪科版必修2学案：第6章6.2狭义相对论的基本原理 6.3爱因斯坦心目中的宇宙含解析精品

6.2狭义相对论的基本原理6.3爱因斯坦心目中的宇宙问题导学一、对两个奇特效应的理解活动与探究1时间延缓效应是指被观测的过程节奏变慢了吗？为什么我们平时观察不到长度收缩的效应呢？迁移与应用1一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞过。

（1）火箭上的人测得火箭的长度应为多少？（2）观察者测得火箭的长度应为多少？（3）如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？时间延缓效应与长度收缩效应的应用方法明确时间间隔的相对性公式中各量的含义，Δt是在“静止的参考系”（通常将观察者所在的参考系看成是静止的）中测得的时间差，Δt′是在相对于“静止参考系”为v的“运动参考系”中测得的时间差。

（1）“钟慢效应”或“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。

（2）运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了。

二、对质速公式和质能方程的理解活动与探究2根据相对论，我们应该怎样理解质速关系和质能关系？迁移与应用2太阳内部不停地发生着剧烈的热核反应，在不断地辐射能量，因而其质量也不断地减少。

若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026 J，试计算太阳在一秒内失去的质量。

估算5 000年内总共减少了多少质量？并求5 000年内减少的质量与太阳的总质量2×1027 t的比值。

对质能方程的理解（1）相对论中，质量与能量是物质不可分离的属性。

（2）任何质量m都对应一定的能量mc2，即任何静止时质量不为零的物体，都贮存着巨大的能量。

答案：AD解析：狭义相对论的基本假设相对性原理与光速不变原理均建立在惯性参考系的基础上，故A、D正确，B、C错误。

物理必修ⅱ沪科版6.2狭义相对论的基本原理课件.

1
2
你读过普希金关于“运动”
的一首诗吗？
下面请你读读，体会其中的
哲理。
看看您从中能得到什么启示。
3
世界上没有运动，一个满腮胡须的哲人说。另一个哲人不开口，却在他面前来回地走。他这个反驳真再有力不过。人们都赞美这个奥妙的答复。可是，先生们，这个有趣的事件，使我想起了另外一个例子：谁都看见太阳每天在我们的头上走，然而正确的却是固执的伽利略。
那么请问我们应该按照那一种理论来计算呢？你认为答案应该是什么？
答案：(1)、(2)、(3)三种情况B测得的光速均为c。
26
Байду номын сангаас7
28
29
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
时空观的重大变革
14
15
16
17
18
19
20
AD
21
B
22
C
23
?
24
• （1）如果参考系O′相对参考系O静止，那么观察者B测得的光速是多少？ • （2）如果参考系O′相对参考系O以大小为v 的速度向右做匀速直线运动，那么观察者B
测得的光速是多少？
• （2）如果参考系O′相对参考系O以大小为v 的速度向左做匀速直线运动，那么观察者B 测得的光速是多少？
25
分析：
如果按照经典力学的速度合成公式进行运算，
那么：（1）测得的光速c; （2）测得的光速c-v; （3）测得的光速c+v 如果根据狭义相对论的光速不变原理来推断，
那么三种情况下测得的光速均为c。

《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。

高中物理狭义相对论的基本原理知识探讨沪科版必修2

高中物理狭义相对论的基本原理知识探讨沪科版必修2合作与讨论1.在匀速前进的车厢中自由下落一小球，请思考:(1)小球相对于车厢内静止的观察者做什么运动？(2)小球相对于地面上静止的观察者做什么运动？(3)由此你可得到什么结论？2.让两小球从同一高度，同时自由落下，请思考：(1)以地面为参考系，两球做什么运动？(2)以其中一球为参考系，另一球做什么运动？此时对该球运动的描述还符合牛顿运动定律吗？(3)你对此有怎样的理解？3.如图a所示，假设一列火车以速度v1匀速前进，车厢内一乘客以速度v2走向车头.请思考：图a(1)对站台上的观察者来说乘客的速度是多少？(2)如果乘客的速度与火车的速度方向相反，对站台上的观察者来说乘客的速度是多少？4.在图b中，车厢后部有一个光源，火车速度为v1，光的传播速度为c，实验发现对于站台上的观察者来说光的传播速度仍为c.请思考：图b(1)该实验事实与经典力学的速度合成法则产生了怎样的矛盾？(2)爱因斯坦如何解决了该问题？我的思路:1.小球相对于车厢内静止的观察者做自由落体运动；相对于地面上静止的观察者做平抛运动.由此可以得到选择不同的参考系对同一运动的描述往往会有所不同.2.以地面为参考系，两球都做自由落体运动；以其中一球为参考系，另一球将保持静止.它虽然受到重力的作用，却保持静止，所以对小球这个参考系来说，对另一小球运动的描述并不符合牛顿运动定律.凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性系；牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系.由此我们可以看出牛顿运动定律只适用于惯性系，并且对于一切惯性系，力学规律都是相同的，或者说一切惯性系都是等效的，这便是伽利略相对性原理.3.如果乘客的速度与火车的速度方向相同，对站台上的观察者来说乘客的速度是v1+v2;如果乘客的速度与火车的速度方向相反，对站台上的观察者来说乘客的速度是v1－v2.4.按照经典力学的速度合成法则，此时对于站台上的观察者来说光的传播速度应为v1＋c ,而实验的结果却是c,因而产生了矛盾.为解决上述矛盾爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论，狭义相对论理论的出发点是以下两条基本假设：第一是相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.第二是光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同，从而解决了上述矛盾.例题思考本节的重点是使学生在经典力学时空观的基础之上，结合光速不变的实验事实，明确经典时空观的局限性.同时了解爱因斯坦为解决该矛盾所提出的两条基本假设，为建立正确的时空观奠定基础，使我们对自然世界的认识更进一步，为接受爱因斯坦的狭义相对论作好准备.【例题】试述经典力学的时空观及所遇到的困难.解析：该题考查相对论时空观的提出背景，对物理学的发展要做到有所了解.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.点评：本题考查了人们对时空的认识过程，也反映了人们对自然界的认识总是从感性认识上升到理性认识，随认识的深入更接近事物的本质.变式练习试述当经典力学时空观遇到光速不变的实验事实这一困难时，爱因斯坦是如何解决的.它的意义如何？答案：狭义相对论的基本原理爱因斯坦提出了两条基本假设即相对性原理：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：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同.从而解决了上述矛盾.两条基本假设的提出解决了光速不变的困难，同时为狭义相对论的建立奠定了基础.使得人们的时空观发生了重大的变革，使得看似毫无联系的时间与空间紧密地联系在了一起.知识总结本节的任务是使学生了解爱因斯坦的两条基本假设，明确经典力学时空观的局限性，进一步认识物理学是一门以实验事实说话的科学.使学生认识到当理论与事实发生矛盾时，我们应当扬弃理论而不应扭曲事实的科学态度.。

高中物理第六章经典力学与现代物理6.2狭义相对论的基本原理6.3爱因斯坦心目中的宇宙素材1沪科版必修2

1 *6.2 狭义相对论的基本原理*6.3 爱因斯坦心目中的宇宙课前预习情境导入九百多年前，有一次非常著名的超新星爆发事件，当时北宋王朝的天文学家作了详细的记载．据史书称：爆发出现在宋仁宗至和元年五月(即1054年)．在开始的二十三天中这颗超新星非常亮，白天也能在天空上看得到它，随后逐渐变暗，直到嘉祐元年(公元1056年)三月，才不能为肉眼看见，前后历时二十二个月．这次爆发的残骸就形成了著名的金牛座中的星云，叫做蟹状星云.这条古老的记录同光速颇有关系．当一颗恒星发生超新星爆发时，它的外围物质向四面八方飞散．也就是说，有些爆发物向着我们运动，有些运动方向则在垂直方向．如果光线服从速度合成公式，那么，按照类似于对投球运动的分析即知，A 点向我们发出的光的速度是c+u ，而B 点向我们发来的光的速度则大约仍是c.这样，由A 点发出的光到达地球的时间是t ＝L ／(c ＋u)，而由B 点发出的光到达地球的时间是t′≈L/c.蟹状星云与地球的距离L 大约是5千光年，爆发速度是每秒1 500 km 左右．用这些数据来计算，很容易得到t-t′≈25年．也就是说，我们至少在25年里都可以看到开始爆发时所产生的强光．然而，这是错误的，不符合事实的．历史的记录是：岁余稍没，即一年多就看不见了.这就证明上面的推算有问题．这是为什么呢？简答：从A 点或B 点向我们发射的光，速度是一样的，即光速与发光物体本身的速度无关，无论光源速度多么大，向我们发来的光的速度都是一样的．光速并不遵循经典的速度合成规律，这就是狭义相对论中的光速不变原理．知识预览1.经典力学的时空观: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.因此,这种时空观也叫做绝对时空观.2.伽利略相对性原理：所有的实验现象和实验结论，都不会因惯性系的不同而有所不同，也就是说，各个惯性系都是等价的.3.狭义相对论的两条基本公设:(1)在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的;(2)在一切惯性系中,光在真空中传播的速度都等于 c ,跟光源的运动无关.4.从狭义相对论的两条基本公设出发,推导出不同于经典力学的结论.(1)同时的相对性;(2)运动的时钟变慢;(3)运动的尺子缩短;(4)物体的质量随速度的增加而增大.5.爱因斯坦质量公式:m=2201c vm .6.质能关系:E=mc 2.。

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。

2狭义相对论的基本原理学案6沪科版必修2

课题】6.2 狭义相对论的基本原理【学习目标】1、根据日常观察及经验理解经典力学的时空观及其特点；2、知道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。

【学习重点】1、伽利略相对性原理与爱因斯坦相对性原理2、解经典力学的时空观与新的实验事实的矛盾3、了解相对论的两个基本公设及爱因斯坦对时空的新认识。

【教学难点】1、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。

2、经典物理学的概念根深蒂固，导致学生对新理论难以理解。

3、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。

【知识点导学】一、经典力学的时空观1、绝对的时间：时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何其他外界事物无关的流逝着2、绝对的空间：空间是与外界任何事物无关的而永远相同和不动的3、经典力学的时空观：空间和时间是彼此独立、互不相干的，时间尺度与空间尺度跟任何外界物质的存在及其运动情况均无关。

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；经典力学的时空观也叫绝对的时空观，也叫牛顿时空观。

4、绝对时空观念下的相关结论：A.同时的绝对性B.时间间隔的绝对性C.空间间隔的绝对性D.物体的质量的不变性5、经典力学遇到了无法解决的问题：经典力学是人们在人类生活生产中的经验、知识的归纳总结，其认识的视野还是“低速领域” 在此领域取得了很大的成功。

当用它来研究高速领域的问题时，如电磁波的传播速度、光的传播速度问题，便遇到了无法解决的问题：按照经典力学的速度合成法则（伽利略速度变换公式），光速在不同的惯性系中可能会超过或小于3XW5km/s ,然而大量事实证明光的传播速度与光源的运动情况无关，光在任何惯性系中都是不变的，这个实验就是迈克尔孙-莫雷实验。

二、狭义相对论的基本公设1、对追光问题的思考爱因斯坦16岁起开始思考的一个问题：如果以光速追光波，将会看到什么？”，这个问题困扰了爱因斯坦10年之久。

2020高中物理第6章经 6.2 狭义相对论的基本原理 6.3 爱因斯坦心目中的宇宙学案沪科版必修2

6.1 经典力学的巨大成就和局限性 6.2 狭义相对论的基本原理 6.3 爱因斯坦心目中的宇宙[学习目标] 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.2.认识经典力学的局限性和适用范围.3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象.4.知道相对论、量子力学和经典力学的关系．一、经典力学的巨大成就1．经典力学经典力学通常叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律．2．经典力学的巨大成就(1)把天体的运动与地上物体的运动统一起来．(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用．(3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命．(4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础．(5)相对论和量子力学的形成都受到经典力学的影响．二、经典力学方法论的意义1．两种典型研究方法(1)伽利略：“自然数学化”的方法，开创了将实验、逻辑(数学)相结合的方法．(2)牛顿：归纳—演绎法，大量运用数学方法系统地整理物理学理论的方法．其演绎的结果必须通过实验验证．2．意义伽利略和牛顿的科学方法是经典力学方法的典型，影响深远，并不断得到发展和完善，逐渐成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义很大．三、经典力学的局限性和适用范围1．经典力学的局限性和适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用．2．经典力学的局限性(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化．(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象．四、经典时空观与相对论时空观1．经典时空观(1)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变．(2)惯性系与非惯性系：①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系．②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系．(3)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等价的．(4)经典时空观的几个具体结论：①同时的绝对性；②时间间隔的绝对性；③空间距离的绝对性；④物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．2．相对论时空观(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾．(2)狭义相对论的两条基本假设：①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：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动无关．(3)相对论时空观①同时的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的．②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢．运动速度越快，效果越明显．③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短．④物体质量随速度的增加而增大．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)牛顿运动定律适用于任何参考系．(×)(2)经典时空观认为时间是绝对的．(√)(3)经典时空观认为物体的质量是绝对的．(√)(4)不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的．(×)2．(多选)下列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B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船C．物体运动的速率接近于真空中的光速D．能量的不连续现象答案AB解析经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误；能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.一、经典力学与相对论的比较[导学探究] 如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体．请思考：图1(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？答案(1)质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进行研究．(2)中子星的引力属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进行研究．[知识深化]1．区别：比较项经典力学相对论形成时期物理学形成的初期阶段，受历史发展限制，理论较肤浅、片面形成于物理学充分发展的现代，理论较完善、科学适用范围低速运动，宏观世界，弱引力作用任何情况都适用速度对质量的影响物体的质量不随其速度的变化而变化物体的质量随其速度的增加而增大速度的合成时间与空间互不相干速度与位移、时间的测量有关2.联系：(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．(2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形．例1下列说法正确的是( )A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B．狭义相对论和经典力学是完全不同、相互矛盾的两个理论C．物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律D．以上说法都是错误的答案 C解析在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A错误；狭义相对论没有否定经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B 错误；经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律，选项C正确．针对训练1 (多选)牛顿运动定律能适用于下列哪些情形( )A．研究原子中电子的运动B．研究“神舟五号”飞船的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线答案BCD解析牛顿运动定律只能用于“宏观低速”的情形，这里的“宏观”是相对于微观粒子而言的．这里的“低速”是相对于光速而言的．原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿运动定律，A错误；B、C、D选项中运动虽然是“高速”，但相对于光速来说，却是微不足道的，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，B、C、D正确．二、相对论的理解[导学探究] 地球绕太阳公转的速度是3×104m/s；如图2所示，设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度．请思考：图2(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案(1)狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度，所以地球的公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速．(2)物体的质量随速度的增大而增大，所以加速后电子的质量比电子的静止质量增大了．[知识深化]1．两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式，表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变．(2)光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，表明了经典时空观与相对论时空观的不同；比较如下：经典时空观相对论时空观运动情况同一运动对不同参考系描述结果不同，即速度不同光在一切惯性参考系中传向各个方向的速度不变时间与空间的关系时间均匀流逝，空间不变化，与运动情况及外部条件无关时间、空间都随运动情况而改变几个结论①同时的绝对性②时间间隔的绝对性③空间距离的绝对性④物体的质量恒定不变①同时的相对性②运动的时钟变慢③运动的尺子缩短④物体的质量随速度的增加而增大2.相对论时空观的内容认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关．(1)长度收缩效应：一把尺子，在相对于它静止的参考系xOy中测得其长度为l(称为静止长度)，如图3所示．当该尺子相对另一参考系x′O′y′(如地面)沿尺子长度方向以速度v运动时，在该参考系x′O′y′(如地面)中测得尺子长度为l′＝l1－(vc)2.图3由于v<c，所以l′<l，说明在相对尺子运动的参考系中测得的“运动长度”比在相对尺子静止的参考系中测得的“静止长度”短，即所谓的“长度收缩效应”．当速度v≪c时，l′＝l，这就回到了经典物理学的结论——空间的尺度与物体的运动状态无关．(2)时间延缓效应：在相对于地面以速度v匀速运动的参考系内，测得该参考系中某一事件所经历的时间为Δt′，则在地面上测得该事件所经历的时间为：Δt＝Δt′1－(vc)2.由于v<c，所以Δt>Δt′.即用同样标准的钟，在静止参考系中测得的时间比在运动参考系中测得的时间长，好比是运动的钟走“慢”了．当速度v≪c时，Δt＝Δt′，这就回到了经典物理学的结论——时间与物体的运动状态无关．例2半人马星座α星是距离太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016m．设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间．若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多长时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多长？答案9年0.4年解析以地球上的时钟计算：Δt＝sv＝2×4.3×10160.999×3×108s≈2.87×108s≈9年若以飞船上的时钟计算(原时)，因为Δt＝Δt′1－(vc)2所以得Δt′＝Δt1－(vc)2＝2.87×108×1－0.9992s≈1.28×107s≈0.4年．针对训练2 如图4所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度v B和v C朝同一方向飞行，v B<v C.对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是( )图4A．时钟A走得最慢B．时钟B走得最慢C．时钟C走得最慢D．时钟C走得最快答案 C解析根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢．1．(经典力学的成就和局限性)(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，以下说法正确的是( )A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断拓展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案BCD解析人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断拓展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．2．(经典时空观)(多选)下列说法中哪些属于经典时空观的观点( )A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B．时间和空间不依赖人们的意识而存在C．时间和空间是绝对的D．时间和空间是紧密联系、不可分割的答案ABC解析经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，选项A、B、C属于经典时空观；选项D属于相对论时空观．3．(相对论效应的理解)如图5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，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( )图5A．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C的反射光先到达列车上的观察者，观察者看到C先被照亮，故只有C正确．4．(狭义相对论的应用)如图6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6A．0.4c B．0.5cC．0.9c D．c答案 D解析由狭义相对论的光速不变原理知，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，A、B、C错误．一、选择题考点一经典力学的认识1．经典力学不能适用于下列哪些运动( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器的运动D．以99%倍光速运行的电子束答案 D解析经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就，但在高速领域不再适用，故选项A、B、C适用，D不适用．2．(多选)下列说法正确的是( )A．牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系B．在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性C．按照经典时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关D．伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动答案BCD3．(多选)以下说法正确的是( )A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论的成立具有一定的局限性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变D．相对论和量子力学否定了经典力学理论答案BC解析经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错误，B正确．在经典力学中，物体的速度v≪c，所以物体的质量不随运动状态改变而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．考点二相对论的理解4．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比答案 A解析狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错误．5．一列火车以接近光速的速度从我们身边飞驶而过，我们会感到车厢、车窗变窄了，而车厢、车窗的高度并没有变化，那么车厢内的人看路旁的电线杆间距将会( )A．变窄B．变宽C．不变D．都有可能答案 A解析火车相对地面以接近光速的速度向前飞驶，如果以火车为参考系，地面向后飞驶，根据尺缩效应知电线杆间距变窄．6．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( )A．运动中物体的质量无法称量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体的质量太大D ．物体的质量不随速度的变化而变化答案 B7．广东省虎门大桥全长近15 km ，在500 m 高空有一架与大桥平行以接近光速飞行的飞机，飞机上人员看到大桥的长度将是( ) A ．大于15 km B ．等于15 km C ．小于15 km D ．无法确定答案 C解析由于飞机相对大桥是运动的，因此在飞机上观察者看来，大桥要缩短，故C 正确．二、非选择题8．(相对论的理解)某物体高速运动时的质量是其静止时质量的二倍，求该物体的高速运动速度是光速c 的多少倍．答案32倍解析由爱因斯坦的质速公式m ＝m 01－(v c)2，得1－(v c)2＝(m 0m)2，所以v c＝1－(m 0m)2＝1－122＝32.。

高中物理经典力学与现代物理++狭义相对论的基本原理爱因斯坦心目中的宇宙微观世界与量子论课件沪科版

[再判断] 1．任何光照金属板时都能发生光电效应．(×) 2．光电效应说明光是不连续的，光具有粒子性．(√) 3．光既是电磁波，又具有粒子的特征，因而光具有波粒二象性．(√)
[后思考] 夏天雨后，乌云飞散，太阳重新露头，在太阳对面的天空中，常会出现美丽的半圆彩虹，彩虹中的七种颜色是怎样排布的？
(2)两条基本公设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．在一切惯性系中，光在真空中传播的速度__都__等___于__c，跟光源的运动无关．
3．爱因斯坦的时空观 (1)同时的相对性在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是_不___同__时___的_，这被称为“同时”的相___对__性___．
2．量子化：量子化的“灵魂”是不连续．在宏观领域中，这种量子化(或不连续性)相对于宏观量或宏观尺度极微小，完全可以忽略不计，但在微观世界里，量子化(或不连续)是明显的，微观物质系统的存在、物体之间传递的相互作用量、物体的状态及变化等都是量子化的．
3．光的波粒二象性： (1)大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性． (2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此 ε＝hν，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系． (3)对不同频率的光子，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．
【答案】 ACD
4．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为 530 nm 的绿光时，
只要每秒有 6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为 6.63×
10－34 J·s，光速为 3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是

高中物理第6章经典力学与现代物理6.2狭义相对论的基本原理教案

6.2 狭义相对论的基本原理教研中心教学指导一、课标要求1.通过学生熟悉的物理事例让学生理解经典力学中的时空观（绝对时空观）.2.通过对追光问题的思考，结合伽利略相对性原理提出惯性系的概念，从对实际问题的研究中发现并思考问题.3.了解狭义相对论两个基本公设的产生基础，它与经典时空观的矛盾，知道爱因斯坦就是在解决这一矛盾的过程中提出了狭义相对论.二、教学建议1.在介绍经典力学的绝对时空观时应该使学生明白这种时空观特点是时间和空间是分离的、绝对的，与物质的运动形式无关，而得出这些观点的主要渠道是直觉和经验.在教学中应该注意到这种时空观已经被学生所接受，不能急着说这种观点不正确，相反可以肯定这些观点对于跑动、乘车甚至于乘坐高速运动的火箭的观察者来说，时间和空间都是统一的.2.追光问题的思考在本节中的地位相当重要，教学中可以运用所学过的知识作简要的分析和说明，可以组织学生讨论、设想、相互评价，没有必要涉及更深的理论，但应该使学生知道两种结论似乎都不能令人满意.这也就提出了问题，科学家是怎样寻求答案的.3.伽利略相对性原理中首先提出了惯性系的概念，指出了惯性系中的力学规律都相同，所有的惯性系都等价.在教学中应该处理好教材中给出的讨论题，可以让学生讨论出在三种情况下得到三种不同的结果，都与“光速不变”产生矛盾，而“光速不变”这一结论只能用“大量的事实证明”来直接告诉学生.4.狭义相对论的两个基本公设的提出，是针对伽利略的相对性原理与光速不变这一事实发生矛盾时，爱因斯坦在寻求二者的统一.在教学中应该把重点放在介绍爱因斯坦超人的智慧和独特的思维方式上，在要求上只能作为科普知识，没有必要作过多的要求.5.狭义相对论的相关知识很多学生只是了解一点点，本节教学中可以让学生相互交流、讨论，可以介绍一点有关狭义相对论的小故事，目的是激发学生的学习兴趣，但不能过多地讨论.资源参考用伽利略相对性原理求解“为什么会击中”的问题此类问题在力学中是非常有趣的问题，很易用实验证实，既是老问题，又是新问题.在均匀的引力场中，若忽略空气阻力，枪瞄准吊在高处B的苹果A，往往都击中.若A 在开始射击的时刻同时自由落下，只要子弹的速度足够大，如图1，都能击中，可用牛顿力学来求解.最近，Kalotas等人指出，此种解答不能给出直观的结果，而用另一种方法求解，即爱因斯坦等效性原理（E p）、且考虑苹果A在竖直方向自由下落.在这构想中，除了应用爱因斯坦等效性原理外，还采用连接在自由下落苹果A和子弹上的参考系（非惯性系），引入一虚构的达朗伯力作用于子弹和苹果上，抵消引力，这样在子弹和苹果上不存在净力，即合力为零，子弹直线运动击中固定不动的苹果A.虽然此种方法能给学生良好的直观感觉，但很难理解，在非惯性系中引入达朗伯力，就不易接受.图1现在，也是本文主要谈的，用伽利略的运动学研究击中下落苹果的问题，在历史上和概念上都优越于牛顿力学.此种方法能方便地、直观地解决此类问题，也能解决两物体（如导弹等）在空中相碰的问题.伽利略的运动相对性原理：运动物体在以恒定速度相对运动的坐标系中的物理规律是相同的，即所有的惯性系都是等价的.令S 是惯性参考系，原点为B ，考虑一个想象的参考点R 在射击初始时刻（t=0）以子弹的速度运动，以R 为原点建立一惯性系S′.因此，S′相对于S 以恒定速度（v 0，θ0）直线运动，如图2，在S′惯性参考系上观察，t ＝0时，子弹D 开始从原点R 由静止自由下落，因此在任意时刻t ，离原点R 的距离为21gt 2，因为在所有惯性系中，时间间隔和空间间隔都是同样的，则在S 中观察，在任意时刻t ，子弹D 离原点R 的距离仍是21gt 2.图2现考虑时刻t 1，R 运动到B 点，在S 中，苹果在t 1期间从静止下落，因此离原点的距离为21gt 12，因为R 和B 在t 1相遇，子弹D 和苹果A 必在同一点相遇，如图3.即相遇在R 和B 的下面21gt 12的地方.值得注意的是这种论证法不用计算，显得简单和直观，可以这样说：在R 运动到B 的时间间隔内，自由下落的距离是21gt 12，与速度v 0无关.这里的重要点是在S′中的子弹D 和在S 中的苹果A 同时地从原点由静止开始自由下落，从运动的相对性来看，应认为在惯性系中自由下落是同样的，因此当两个原点R 和B 相重合时，子弹D 和苹果A 必在同一点.图3同样的考虑可用于空中截击目标的举例，如图4，两个抛射体（如炮弹、导弹、火箭等）同时从同样高度射击，初速分别为v 01和v 02，如前所说，假设每个抛射体在惯性系中有它自己的参考点，在空中相遇的条件为：v 01sin θ01=v 02sin θ02①图4它们在同一时刻在R′相遇，当然，同样的结果也可在实验室参考系中求得，此时，只要认为两个抛射体的初速的Y分量相等，即满足①式就可，此时两个抛射体在同样高度相遇.总之，本文谈的方法是简单、直观的，只应用伽利略的运动相对性原理、采用常用的惯性系和应用简单的自由落体公式，就求得满意的结果.按现编的大学普通物理力学教材介绍的方法，要解决此类问题，必然应用斜抛公式、自由落体公式和某些几何条件，显得麻烦些，且不直观.。

2017年物理必修二第6章经典力学与现代物理ppt课件(沪科版)(2)正式版

(2)火箭外面的观察者看火箭时，有相对速度 v，测量长度将变短，由相对论长度收缩效应公式知 l′＝l
v 2 1－ c ，其中
c 为真空中的光速．
c 3 (3)将 v＝2代入长度收缩效应公式得 l′＝ 2 l.
【答案】 (1)l
(2)l
v 2 1－ c
3 (3) 2 l
上一页
返回首页
下一页
1．一支静止时长 l 的火箭以 v 的速度从观察者的身边飞过． (1)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？ (2)观察者测得火箭的长度应为多少？ (3)如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？
上一页
返回首页
下一页
【解析】即为 l.
(1)火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测得的长度相同，
上一页
返回首页
下一页
(2)两条基本公设
相同的．这个公设通常叫做在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是 ________
爱因斯坦相对性原理．
都等于c ，跟光源的运动无关．在一切惯性系中，光在真空中传播的速度_________
上一页
返回首页
下一页
3．爱因斯坦的时空观 (1)同时的相对性
不同时的，在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是__________ 相对性．这被称为“同时”的________
知识点一
*6.2 *6.3
狭义相对论的基本原理爱因斯坦心目中的宇宙微观世界与量子论
学业分层测评
知识点二
*6.4
上一页
返回首页
下一页
学习目标 1.知道经典时空观和相对论时空观及两个基本公设．(重点) 2.知道同时、时间间隔和长度的相对性．(难点) 3.知道光电效应及光的波粒二象性．(重点) 4.了解原子光谱的知识及应用，知道物质波的概念．(难点)

2020年高中物理第6章经典力学与现代物理1经典力学的巨大成就和局限性2狭义相对论的基本原理学案沪科版必修2

经典力学的巨大成就和局限性狭义相对论的基本原理1．知道牛顿对物理学发展的巨大贡献和经典力学的重要历史地位．2．理解经典力学方法论的意义和经典力学的时空观．(重点) 3．掌握狭义相对论基本原理的内容及其意义．(重点)一、一座永垂不朽的纪念碑1．《自然哲学的数学原理》的产生：英国科学家牛顿的代表作，出版于1687年．2．《自然哲学的数学原理》介绍：全书共分两个部分．第一部分是“定义和注释”、“运动的基本定理或定律(包括三个运动定律)”．第二部分是定律的应用，其内容包括：万有引力定律和行星的运动；流体力学的开创性研究；天体力学和宇宙系统的开拓性研究(行星的运动，卫星的运动，地面上的落体运动，抛体运动，彗星轨道，岁差以及潮汐现象等)．全书贯穿了牛顿和莱布尼兹分别独立发明的数学方法——微积分．它在科学史上占有非常重要的地位，因为它标志着经典力学的建立．二、经典力学的巨大成就1．把天体运动与地上物体的运动统一起来了．2．以经典力学为基础发展起来了天体力学、材料力学．3．力学与热学结合引发了第一次工业革命．4．经典力学是航天的理论基础．三、经典力学方法论的意义经典力学的研究方法以伽利略和牛顿最为典型．伽利略：理想实验法．牛顿：归纳——演绎法，建立理论体系．四、经典力学的局限性1．经典力学对时间和空间的认识(1)把一切自然现象都归结为机械决定论．(2)把时间、空间割裂开来，认为它们与物质运动无关．2．经典力学的适用范围(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动．(2)只适用于宏观世界，不适用于微观世界．(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境．五、经典力学的时空观1．概述：绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关，而永远相同和不动的，绝对的时间自身在不停地流逝着．这就是经典力学的时空观，也称为绝对时空观．2．绝对时空观的特点：时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质的运动无关，都是绝对的．六、狭义相对论的基本公设1．惯性系与非惯性系牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系．如研究地面上物体的运动时，地面就是惯性参考系，相对于地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性参考系．2．伽利略的相对性原理(1)概述：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说一切惯性系都是等效的．(2)两个要点：①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，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系；②力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性系都是等效的．3．两条基本公设(1)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．这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础．经典力学的成就与局限性1．经典力学的巨大成就牛顿力学的成就有以下几个方面的体现：(1)把天体运动与地上物体的运动统一起来了．(2)以经典力学为基础发展起来了天体力学、材料力学等．(3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命．(4)经典力学是航空航天技术的理论基础．2．经典力学方法论的意义经典力学方法的典型就是伽利略和牛顿的研究方法．伽利略：自然数学化法．牛顿：归纳—演绎法，建立理论体系．3．经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动的速率接近真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化．如经典力学中认为物体的质量不仅不变，并且与物体的速度或能量无关，但相对论研究则表明，物体的质量将随着运动速率的增加而增大，物体的质量和能量之间存在着密切的联系．但当物体运动的速度远小于真空中的光速时，经典力学仍然适用．4．牛顿运动定律不适用于微观领域中物质结构和能量不连续现象．19世纪和20世纪之交，物理学的三大发现，即X射线的发现、电子的发现和放射性的发现，使物理学的研究由宏观领域进入微观领域，特别是20世纪初量子力学的建立，出现了与经典观念不同的新概念．例如：量子力学的研究表明(物理学的新观念)：(1)微观粒子既表现为波动性又表现为粒子性．(2)粒子的轨道、能量等物理量只能取分立的数值即能量和轨道是量子化的．(3)粒子的速度和位置具有不确定性，粒子的状态只能用粒子在空间出现的概率来描述等．但量子力学的建立并不是对经典力学的否定，对于宏观物体的运动，量子现象并不显著，经典力学依然适用．(多选)关于经典力学，下列说法正确的是( )A．经典力学是科学家通过探索身边的物体运动而总结出的运动规律B．经典力学在理论和实践上取得巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此．它是完全正确的C．经典力学不适用于高速、微观领域，而自然界中又不存在惯性系，因此，它是完全错误的D．经典力学是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段，随着探索的深入，视野的开阔，必然存在不完善的方面[解析] 分析时既要看到经典力学的伟大成就，又要注意到经典力学的局限性及适用范围．由于认识水平的局限，科学家最早研究的是身边的事物．经典力学就是科学家通过探索身边的运动而总结出的运动规律．A项正确．经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功．但随着人们探索的深入、视野的开阔，人们发现经典力学也有局限性，它不适用于高速、微观领域，所以B、C错误，D正确．[答案] AD1．(多选)继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在世人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论，这说明( )A．世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分B．人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化D．每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识解析：选BC．任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以科学的成就总是在某些条件下的局部情形，在新的科学成就形成后，它将被包括在其中．爱因斯坦的相对论理论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形，是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战．狭义相对论基本公设的提出1．惯性系和非惯性系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．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，光到达地球时测得的光速是多少？根据狭义相对论原理，测得的光速是多少呢？[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．根据狭义相对论原理，光速与光源、观测者之间的相对运动没有关系，光速仍为c．[答案] 0．25c c在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动情况无关．此公设与经典物理学中的速度合成法则相矛盾．2．(多选)关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是( )A．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)B．狭义相对论只适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)，不适用于低速运动C．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)D．狭义相对论既适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)，也适用于低速运动解析：选AD．经典力学只适用于低速、宏观运动的物体，不适用于高速、微观运动的粒子，故A正确，C错误；而狭义相对论既适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，B错误，D正确．“光速不变”原理的应用光速不变原理表明：在一切惯性系中观测真空中传播的光，其传播速度均为c，与光源或观察者的运动无关．这一结论实际上已被大量的实验证实．如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光飞行的；火箭A是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面的速度大小都为v，则A、B两火箭上的观察者测出的光速分别为( )A．c＋v，c－vB．c，cC．c－v，c＋vD．无法确定[解析] 根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理知，在任何惯性参考系中测得真空中的光速都一样，都为c，所以B正确．[答案] B3．如图所示，强强乘速度为0．9c(c 为真空中的光速)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．0．4c B．0．5cC．0．9c D．1．0c解析：选D．根据爱因斯坦的狭义相对论，在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都等于c．故选项D正确．[随堂检测]1．经典力学不能适用于下列哪些活动( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器D．微观粒子的波动性解析：选D．经典力学适用于宏观、低速运动，故A、B、C都适用，而研究微观粒子的波动性时，经典力学不再适用．2．(多选)通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的物体参考系看成是惯性系，若以下列系统为参考系，则属于非惯性系的有( )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．进站时减速行驶的火车解析：选BD．相对地面静止或做匀速运动的物体就是惯性系，题中所给的四个对象，绕地球做匀速圆周运动的飞船的运动为变加速曲线运动，进站减速的火车的运动也是变速运动，故B、D正确，A、C错误．3．设某人在以速度为0．5c的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是( ) A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1．5cB．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0．5cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：选D．由爱因斯坦的狭义相对论——光速不变原理可得，真空中的光速在不同的惯性参照系中都是相同的．所以在地面上的观察者看到的光速都是相等的．所以A、B、C 错误，D正确．4．(1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速是多少？(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动，人看到的光速是多少？解析：根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c＋v，第三种情况应是c－v，而根据狭义相对论原理，光速是不变的，都应是c．答案：见解析[课时作业][学生用书P127(单独成册)]一、单项选择题1．经典力学的时空观认为( )A．时间使物质运动而存在B．时间是永远的流逝，与任何外界无关C．空间与物质运动状态有关D．物体的质量随物体运动的速度变化而变化解析：选B．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，故B正确．2．关于狭义相对论的两个基本公设，下列说法中正确的是( )A．物体的位移、速度具有相对性，所以在不同惯性系中，它们所遵循的物理规律不同B．在惯性参考系中可以通过实验的方法证实该系统是静止的还是匀速运动的C．选不同的惯性参考系，光的传播速度不同D．以上说法都不正确解析：选D．根据狭义相对论的两个基本公设可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故A错；在惯性参考系中无法通过实验的方法确定这一系统本身的运动情况，故B错；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故C错，正确答案为D．3．假设有一列很长的火车沿平直轨道飞快匀速前进，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后壁，根据狭义相对论原理，下列说法中正确的是( ) A．地面上的人认为闪光是同时到达两壁的B．车厢里的人认为闪光是同时到达两壁的C．地面上的人认为闪光先到达前壁D．车厢里的人认为闪光先到达前壁解析：选B．在车厢中的人看来，光到达车前后壁时通过的距离相等，所用时间也相同．在地面上的人看来，光到达后壁要比到达前壁时通过的距离短，所以认为光先到达后壁．4．属于狭义相对论的基本假设的是：在不同的惯性系中( )A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比解析：选A．本题不是简单地判断哪句话的说法正确，而是判断该句是否属于狭义相对论的“基本假设”，而狭义相对论的两条基本假设是光速不变原理和狭义相对性原理．光速不变原理表明，在一切惯性参考系中观测，光在真空中的传播速度大小都一样，等于3×108 m/s；狭义相对性原理的内容为：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式．选项A符合题意．5．下列情况中，牛顿定律不适用的有( )A．研究原子中电子的运动B．研究“嫦娥”二号卫星的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从上海飞往北京的航线解析：选A．经典力学只适用于宏观物体的低速运动．二、多项选择题6．下列属于经典力学成就的有( )A．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合B．以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用C．力学和热力学的发展与生产相结合，引发了第一次工业革命D．由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航天技术的理论基础解析：选ABCD．经典力学主要以牛顿运动三定律、万有引力定律为基础，适用于一切宏观、低速的物体，故A、B、C、D都正确．7．下列说法中正确的是( )A．自然界中的一切现象都能够用经典力学来描述B．研究分子、原子的运动规律时，经典力学就不适用了C．没有经典力学就没有今天的空间科学D．无论物体以多大的速度运动，其加速度都和受到的合外力成正比解析：选BC．经典力学的成就是辉煌的，作为现代航空航天理论基础的天体力学就是经典力学跟天文学相结合的产物，C正确；以牛顿运动定律为代表的经典力学体系，也有其自身的局限性和适用范围，A错误；一般来讲，经典力学不适用于描述微观粒子的运动，也不适用于描述接近光速的高速运动，B正确，D错误．8．对于时空观的认识，下列说法正确的是( )A．在低速环境中，经典时空观对研究的问题基本无影响B．经典时空观既然与实际不符就应该废除C．相对论时空观完全否定了经典时空观D．相对论时空观对宏观物体运动的结论与经典时空观的结论一致解析：选AD．由经典时空观可知A对；经典时空观有它的适用范围，B错；相对论时空观和经典时空观并不矛盾，相对论时空观主要研究微观、高速运动，故C错，D对．9．下列说法中正确的是( )A．相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题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．迈克耳逊—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，光速都是一样的解析：选AD．不管物体是背离光源运动还是向着光源运动，光速是不变的．10．小球A、B同时从离地面某高度自由下落，在绝对时空观中下列说法中正确的有( )A．以地面为参考系，小球A、B都是做自由落体运动，所以地面为惯性系B．以小球A为参考系，小球B相对静止，所以此时小球A为惯性系C．以小球B为参考系，小球A相对静止，所以此时小球B为非惯性系D．不管以谁为参考系，参考系都是惯性系解析：选AC．以地面为参考系，小球A、B仅受重力作用，做自由落体运动，符合牛顿运动定律，所以地面为惯性系，A对；以任一小球为参考系，小球A、B也仅受重力作用，但物体却相对静止，不符合牛顿运动定律，故此时小球为非惯性系，B、D错，C对．三、非选择题11．所谓的惯性系是指；相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系 (选填“是”或“不是”)惯性系，在不同的惯性系中，力学规律都 (选填“相同”或“不同”)；也就是说，每个惯性系都是的，这个观点叫做．答案：牛顿运动定律都成立的参考系是相同等效伽利略相对性原理12．两台升降机甲、乙同时自由下落，甲上的人看到乙是静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没有改变，但是乙确实受到向下的地球引力．根据牛顿定律，受到外力作用的物体，其运动状态一定会改变，这不是有矛盾吗？你是如何理解的？解析：不矛盾．牛顿定律只能适用于惯性参考系，即用来作为参考系的物体不能有加速度(可以是静止或匀速运动)．甲上的人看到乙静止实际是以做加速运动的升降机甲为参考系，这时牛顿定律不再成立．答案：见解析。

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．。

物理沪科版必修2学案：讲练互动 6.2狭义相对论的基本

讲练互动【例1】如图6-2-2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，求经过10 s 时，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？图6-2-2解析:匀速运动的车厢和地面都是惯性系.解：对车上的观察者：物体的初速：v 0=0，加速度a=mF =1 m/s 2 10 s 时速度：v 1=at=10 m/s对地上的观察者：方法一：物体初速度v 0=20 m/s加速度相同：a=mF =1 m/s 2 10 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.绿色通道在两个惯性系中，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规律和速度合成法则.也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的.变式训练1.考虑几个问题：图6-2-3(1)如图6-2-3所示，参考系O′相对于参考系O 静止时，人看到的光速是多少？（2）参考系O′相对于参考系O 以速度v 向右运动，人看到的光速是多少？（3）参考系O′相对于参考系O 以速度v 向左运动，人看到的光速是多少？解析：根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c ，第二种情况应是c+v ，第三种情况应是c-v ，而根据狭义相对论理论，光速是不变的，都应是c.答案：三种情况都是c.【例2】试述当经典力学时空观遇到光速不变的实验事实这一困难时，爱因斯坦是如何解决的，它的意义如何？答案:爱因斯坦提出了两条基本假设即相对性原理：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：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同，从而解决了上述矛盾.两条基本假设的提出解决了光速不变的困难，同时为狭义相对论的建立奠定了基础.使得人们的时空观发生了重大的变革，使得看似毫无联系的时间与空间紧密地联系在了一起.绿色通道爱因斯坦的老师海因里希·韦贝尔对爱因斯坦说：“你是一个十分聪明的小伙子，可是你有一个毛病，就是你什么都不愿让人告诉.”在这里，海因里希·韦贝尔老师说的“毛病”正是爱因斯坦可贵的优点——思维的独立性品质，正是这个优点使他敢于突破牛顿力学，经过不懈的努力，建立了相对论，作出了划时代的卓越贡献.变式训练2.爱因斯坦建立狭义相对论是源于对____________的思考.答案：光速体验探究【问题】让两小球从同一高度，同时自由落下，请探究：（1）以地面为参考系，两球做什么运动？（2）以其中一球为参考系，另一球做什么运动？此时对该球运动的描述还符合牛顿运动定律吗？导思:牛顿运动定律只适用于惯性系.以地面为参考系，两球的运动规律都符合牛顿第二定律，所以地面为惯性系.相对于惯性系做匀速直线运动的物体也可看作惯性系，但小球相对地面做匀加速直线运动，小球不是惯性系，所以牛顿运动定律不成立.探究:以地面为参考系，两球都做自由落体运动；以其中一球为参考系，另一球将保持静止.它虽然受到重力的作用，却保持静止，所以对小球这个参考系来说，对另一小球运动的描述并不符合牛顿运动定律.凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性系；牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系.由此我们可以看出牛顿运动定律只适用于惯性系，并且对于一切惯性系，力学规律都是相同的，或者说一切惯性系都是等效的，这便是伽利略相对性原理.。

第六章-狭义相对论基础

c
1 2
1 2
得
l l 12
（5）
空间间隔（或称物体长度）是相对的,和物体一起运动的惯性系中测得的长度最长,而与物体相对运动的惯性系中测得的长度就短些,即运动物体沿其运动方向的长度变短了。
尺缩效应动画
6.4 洛仑兹变换相对论时空观的再讨论
6.4.1 洛仑兹变换两个惯性系
S 和 S′,因二者只沿 x 方向有相对
（3）长度缩短（尺缩效应）
t2 t1 2lc (3) •
l
入射段：
o
图1
lVt1ct1
t1
l c V
V t1
••
o o
l
图2
反射段：
lV t2ct2
t2
l c V
V(t1t2)
•
•
o
o
l
图3
M
V
M
M
tt1t2c lVc lV12 lc2
由 (2)式 ,得
t t
1 2
（4）
于是有
2l
2l
c
物体的速度不能超过真空中的光速。
6.4.2 相对论时空观的再讨论
（1）同时的相对性
S S V
a l •
O (x1,t1) O
( x1 , t1 )
M l b
•
•
x (x2,t2 )
x ( x2 , t2 )
在S'系看
t2 t1
x2x1 2l
在S系看，由洛仑兹变换
t1
t1 Vx1 1V 2
c2 c2
由洛仑兹变换
xa
xa Vta
1 2
b(xb ,tb ) x