1、学案1牛顿力学中运动的相对性狭义相对论的两个基本假设时间、长度的相对性)学习目标定位1.了解牛顿力学中运动的相对性.2.了解伽利略相对性原理及其速度变换公式.3.了解狭义相对论的两个基本假设.4.了解狭义相对论的几个主要结论.5.了解经典时空观与相对论时空观的重要区别在描述物体的运动时，为使研究问题更简便，要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于它的位置是否随时间变化以及怎样变化，这种用来做参考的物体称为参考系1伽利略相对性原理：力学的规律在任何惯性参考系中都是一样的2狭义相对论的两个基本假设：(1)对不同的惯性系，物理规律都是一样的(2)光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是相同的
2、3狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中观测不一定是同时的4相对时间间隔公式：设0表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是0.5相对长度公式：设在车厢参考系内测得的窗户的水平长度为l0，称为固有长度，在站台上测得的窗户的长度为l，车厢的速率为u，则l、l0、u的关系是lu0u或ll0.6相对论认为时间和空间的量度是有联系的，与物体的运动有关，是相对的经典物理学则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间和时间之间没有什么联系一、牛顿力学中运动的相对性问题设计1在
3、一艘大船密闭的船舱里，你能否通过观察自由释放的小球的运动判断大船是静止还是在匀速行驶？答案不能因为不论大船是静止还是匀速行驶，观察到小球的运动都是相同的，而且都要落在释放点的正下方2若大船相对地面以速率u向前匀速行驶，船上某人相对船以v向前跑，则他相对地面的速率是多少？若此人以v向船后跑呢？答案若此人相对船以v向前跑，则他相对地面的速率为v1uv；若向船后跑，则他相对地面的速率为v2uv.要点提炼1伽利略相对性原理(1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对这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：力学的规律在任何惯性系中都是一样的
4、2经典时空观经典时空观认为时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，时间和空间是相互独立、互不相关的3伽利略速度变换公式若车厢相对地面以u向前行驶，车厢内人相对车厢以速率v向前跑，则人对地面的速率为vuv；若人向车后跑时，相对地面的速率为vuv.延伸思考一辆匀速行驶的汽车车厢内，实验者是否可以不受场地的影响来进行用单摆测定重力加速度的实验？答案匀速行驶的汽车属于惯性系，所以他能够完成这个实验，且与地面上的结果无异二、狭义相对论的两个基本假设问题设计如图1所示，光源在参考系O中图1(1)根据伽利略速度变换公式，计算当参考系O与参考系O相对静止时，O相对于O以速度v向右匀速运动时以及O相对于O以速度
5、v向左匀速运动时人看到的光速分别是多少？(2)根据狭义相对论原理，在不同的参考系中，光速的大小是不同的吗？(3)伽利略速度变换公式是错误的吗？答案(1)分别为c、cv、cv(2)光速对不同的参考系，值是相同的，即光速不变(3)伽利略速度变换公式适用于低速运动的情况要点提炼狭义相对论的两个基本假设1爱因斯坦相对性原理对不同的惯性系，物理规律(包括力学的和电磁的)都是一样的2光速不变原理光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是相同的三、同时的相对性时间间隔的相对性问题设计1如图2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
6、到闪光是同时照亮前后壁吗？地面上的人是怎么认为的？图2答案车上的人认为闪光同时照亮了前后壁，地面上的人认为先照亮后壁2某人在这列火车上拍了两下桌子，车上的人观测的两次拍桌子的时间间隔与地面上的人观测的时间间隔相同吗？答案不同要点提炼1“同时”的相对性(1)经典物理学认为：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(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：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(填“一定”或“不一定”)是同时发生的2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，
7、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，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四、长度的相对性相对论时空观问题设计如图3所示，假设杆MN沿着车厢的运动方向固定在火车上，且与火车一起运动，火车上的人测量杆的长度与地面上的人测得杆的长度相同吗？图3答案不同要点提炼1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：ll0，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变2经典时空观和狭义相对论时空观(1)经典时空观
8、：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)狭义相对论时空观：空间和时间与物质运动状态有关一、对狭义相对论的理解例1根据狭义相对论原理，考虑以下几个问题：(1)如图4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？图4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二、时间、时空的相对性例2如图5所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔
9、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5A同时被照亮 BA先被照亮CC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C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮，故只有C正确答案C例3在一飞船上测得飞船的长度为100 m，高度为10 m当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？解析因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m设飞船原长为l0，观
10、测到飞船的长度为l，则根据“动棒缩短”有ll0100 m80 m.所以观测到飞船的高度和长度分别为10 m、80 m.答案观测到飞船的高度和长度分别为10 m、80 m.1(狭义相对论)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2(狭义相对论)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
11、联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()图6A0.4c B0.5c C0.9c Dc答案D3(时间和时空的相对性)如图7所示，某车沿水平方向高速行驶，车厢中央的光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前、后壁，则地面上的观察者认为该闪光_(选填“先到达前壁”、“先到达后壁”或“同时到达前后壁”)，同时他观察到车厢的长度比静止时变_(选填“长”或“短”)了图7答案先到达后壁短解析地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度相对地面是相同的，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，到达前壁的时间也就晚些，即地面上的观察者认为该闪光先到达后壁根据长度的相对性可知：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故可以得出观察者观察到车厢的长度比静止时变短
