高一物理狭义相对论的基本原理.pptVIP

62 狭义义相对论对论 的基本原理 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 6.2 课标定位 学习习目标标：1.知道牛顿对顿对 物理学发发展的巨大贡贡献 和经经典力学的重要历历史地位 2理解经经典力学方法论论的意义义和经经典力学的时时 空观观 3掌握狭义义相对论对论 基本原理的内容及其意义义 重点难难点：重点：1.经经典力学的重大成就和方法 论论的意义义 2相对论对论 的基本原理的理解 难难点：经经典力学的局限性及相对论对论 基本原理提出 的背景理解 课标课标课标课标 定位定位 课前自主学案 一、一座永垂不朽的纪纪念碑 1自然哲学的数学原理的产产生：英国科学家 _的代表作，成书书于1686年 2自然哲学的数学原理介绍绍：全书书共分两个 部分第一部分是“定义义和注释释”“运动动的基本 原理”第二部分是定律的应应用，其内容包括：万 有引力定律和行星的运动动；流体力学的开创创性研 究；天体力学和宇宙系统统的开拓性研究(行星的运 动动，卫卫星的运动动，地面上的落体运动动，抛体运动动 ，彗星轨轨道，岁岁差以及潮汐现现象等) 牛顿顿 全书贯书贯 穿了牛顿顿和莱布尼兹兹分别别独立发发明的数 学方法微积积分它在科学史上占有非常重要 的地位，因为为它标标志着_的建立 二、经经典力学的巨大成就 1把_运动动与_物体的运动统动统 一起来了 2由经经典力学为为基础发础发 展起来了天体力学、材 料力学 3力学与热热学结结合引发发了_工业业革命 4经经典力学是航天的理论论基础础 经经典力学 天体地上 第一次 三、经经典力学方法论论的意义义 经经典力学的研究方法以伽利略和牛顿顿最为为典型 伽利略：理想实验实验 法 牛顿顿：归纳归纳 演绎绎法，建立理论论体系 四、经经典力学的局限性 1经经典力学对时间对时间 和空间间的认识认识 (1)把一切自然现现象都归结为归结为 _ (2)把_ 、 _割裂开来，认认 为为它们们与物质质运动动无关 机械决定论论 时间时间空间间 2经经典力学的适用范围围 (1)只适用于_速运动动，不适用于_速运动动 (2)只适用于_世界，不适用于_世界 (3)只适用于弱引力环环境，不适用于强引力环环境 五、经经典力学的时时空观观 1概述：绝对绝对 的空间间，就其本性而言，是与外界 任何事物无关，而永远远相同和不动动的，绝对绝对 的时时 间间自身在不停地流逝着这这就是经经典力学的时时空 观观，也称为为_时时空观观 低高 宏观观微观观 绝对绝对 2绝对时绝对时 空观观的特点：时间时间 和空间间是_ 的，时间时间 尺度和空间间尺度与物质质的运动动无关，都 是绝对绝对 的 六、狭义义相对论对论 的基本公设设 1惯惯性系与非惯惯性系 牛顿顿运动动定律成立的参考系，称为惯为惯 性参考系， 简简称惯惯性系如研究地面上物体的运动时动时 ，地面 就是惯惯性参考系，相对对于地面做匀速直线线运动动的 参考系，也是惯惯性参考系 分离 2伽利略的相对对性原理 (1)概述：对对于所有的惯惯性系，力学规规律都是 相同的，或者说说一切惯惯性系都是等效的 (2)两个要点：如果牛顿顿运动动定律在某个参 考系中成立，这这个参考系叫做惯惯性系，相对对于 一个惯惯性系做匀速直线线运动动的另一个参考系也 是惯惯性系； 力学规规律在任何惯惯性系中都是相同的，或者 说说，任何惯惯性系都是等效的 3两条基本公设设 (1)_ 原理：在不同的惯惯性参考系中，一 切物理规规律都是_的 (2)_ 原理：真空中的_在 不同的惯惯性参考系中都是_的 这这是爱爱因斯坦在前人的实验实验 基础础上提出的假设设 ，这这两个假设设就是狭义义相对论对论 的基础础 相对对性 相同 光速不变变光速 相同 核心要点突破 一、经经典力学的成就与局限性 1经经典力学的研究方法归纳归纳 比较较 亚亚里士 多德 Aristo tle前 384 前322 简简介世界古代史上最伟伟大的古希腊 哲学家、科学家和教育家 方法 论论 以人的感觉经验觉经验 和逻辑逻辑 理性来 研究物体的运动动 意义义开辟了探索自然界奥秘的一条 新路观观察 科学 成就 提出力的合成概念，创创建了视视 觉觉、色彩视觉视觉 等原始学说说，尝尝 试试从物质质本身来说说明自然，把 科学从宗教和神话话中解放出来 ，推断地球是一个球体 伽利 略 Galile i 1564 1642 简简介 意大利物理学家，开创创近代自然科学 研究方法的第一位学者 方法 论论 观观察提问问、合理假设设、数学变换变换 、 实验验证实验验证 意义义 提出了新的研究方法数学推理和 科学实验实验 科学 成就 建立了摆摆的定律、惯惯性定律、自由 落体定律，提出伽利略相对对性原理， 奠定了牛顿顿第一定律和第二定律的基 本思想和经经典力学的基础础，他的工 作使物理学成为为独立的知识识体系并 从哲学中分化出来 牛顿顿 New ton 164 2 172 7 简简介 英国科学家，17世纪纪最伟伟大的科 学巨匠 方法论论 重在分析与综综合、归纳归纳 与演绎绎， 强调论证调论证 要用实验验证实验验证 意义义 更为为深刻地实现实现 了科学方法的丰 富、发发展与变变革 科学成 就 澄清了力和运动动的观观念，总结总结 出 万有引力定律和牛顿顿运动动三定律 ，建立起完整的经经典力学体系， 从伽利略时时代以来一个世纪纪的物 理学工作，在牛顿顿手里得到了综综 合 2.经经典力学的成就 (1)经经典力学的建立标标志着近代自然科学的诞诞生，它 把天上物体和地上物体的运动统动统 一起来，从力学上 证证明了自然界的多样样性的统统一，实现实现 了人类对类对 自 然界认识认识 的第一次理论论大综综合 (2)经经典力学和以经经典力学为为基础发础发 展起来的天体 力学、材料力学和结结构力学等得到了广泛的应应用， 并取得了巨大的成就.18世纪纪60年代，力学和热热力 学的发发展及其与生产产相结结合，使机器和蒸汽机得到 改进进和推广，引发发了第一次工业业革命 由牛顿顿运动动定律导导出的动动量守恒定律、机械能守 恒定律等，是航空航天技术术的理论论基础础，火箭、 人造卫卫星、航天飞飞机、宇宙飞飞船、空间间探测测器等 航天器的发发射，都是经经典力学规规律的具体应应用 3经经典力学的局限性 (1)从低速到高速 日常生活中见见到的物体的运动动，速度都远远小于光 速，经经典力学完全适用.20世纪纪初，著名物理学 家爱爱因斯坦建立的狭义义相对论阐对论阐 述了物体在以接 近光速运动时动时 所遵从的规规律，得到了一些不同于 经经典力学的观观念和结论结论 例如在经经典力学中，认为质认为质 量是恒定不变变的，与 物体的速度或能量无关；但相对论对论 的研究则则表明 ，物体的质质量将随着运动动速率的增加而增大，物体 的质质量和能量之间间存在着密切的联联系 (2)从宏观观到微观观 19世纪纪和20世纪纪之交，物理学又有了三大发现发现 ：X射线线、电电子放射性的发现发现 ，使物理学的研究 由宏观进观进 入微观领观领 域发现发现 的电电子、质质子、中 子等微观观粒子，不仅仅具有波动动性同时还时还 具有粒子 性，它们们的运动规动规 律在很多情况下不能用经经典力 学来说说明.20世纪纪，量子力学的研究表明，微观观 粒子既表现为现为 粒子性又表现为现为 波动动性，粒子的能 量等物理量只能取分立的数值值，粒子的速度和位 置具有不确定性，粒子的状态态只能用粒子在空间间 出现现的概率来描述 即时应时应 用(即时时突破，小试试牛刀) 1下列属于经经典力学成就的有( ) A经经典力学把天体的运动动与地上物体的运动统动统 一起来，是人类对类对 自然界认识认识 的第一次大综综合 B以经经典力学为为基础发础发 展起来的天体力学、材 料力学和结结构力学等得到了广泛的应应用 C力学和热热力学的发发展与生产产相结结合，引发发了 第一次工业业革命 D由牛顿顿力学定律导导出的动动量守恒定律、机械 能守恒定律等是航天技术术的理论论基础础 解析：选选ABCD.经经典力学主要以牛顿顿运动动 三定律、万有引力定律为为基础础，适用于一切 宏观观、低速的物体，故A、B、C、D都正确 二、经经典力学的时时空观观 1牛顿顿的绝对时绝对时 空观观 (1)绝对绝对 的、真正的数学时间时间 ，出于其本性而自 行均匀地流逝着，与外界任何事物无关或绝对绝对 的时间时间 ，就其本性而言与外界任何事物毫无关系 ，它永远远保持不变变或不动动 (2)绝对绝对 的运动动是物体从某一绝对绝对 的处处所转转移到 另一绝对绝对 的处处所即对对于空间间的运动动存在一个 绝对绝对 的参考系；时间时间 存在一个绝对绝对 的计时计时 系统统 2马马赫的时时空观观 凡不能由实验证实验证 明的概念及陈陈述，都不应应 该该在物理学理论论中占有任何的地位否 认认了绝对时绝对时 空观观 理由：物体的相对对位置和相对对移动动才是可 测测量的 (1)空间间的位置是相对对的 (2)速度是相对对的 即时应时应 用(即时时突破，小试试牛刀) 2经经典力学的时时空观认为观认为 ( ) A时间时间 使物质质运动动而存在 B时间时间 是永远远的流逝，与任何外界无关 C空间间与物质质运动动状态态有关 D物体的质质量随物体运动动的速度变变化而变变化 解析：选选B.经经典力学的时时空观认为观认为 ：时间时间 和 空间间是分离的，时间时间 尺度和空间间尺度与物质质 运动动无关，都是绝对绝对 的，故B正确 三、狭义义相对论对论 基本公设设的提出 1伽利略相对对性原理 (1)惯惯性系(inertial frame)与非惯惯性系： 在经经典力学中，牛顿顿运动动定律是力学规规律的基 础础，如果牛顿顿运动动定律在某个参考系中成立， 这这个参考系就叫做惯惯性系如果牛顿顿运动动定律 在某个参考系中不成立，这这个参考系就叫做非 惯惯性系 注意：相对对于一个惯惯性系做匀速直线线运动动的另 一个参考系也是惯惯性系 (2)伽利略相对对性原理 如果在不同的惯惯性系中测测物体自由下落的时间时间 ， 测测一个单摆单摆 的周期，研究平抛运动动的规规律，或研 究牛顿顿第二定律的实验实验 ，就会发现发现 ，所有的实实 验现验现 象和实验结论实验结论 ，都不会因惯惯性系的不同而 有所不同，也就是说说，各个惯惯性系都是等价的 这这个观观点叫做伽利略相对对性原理 2狭义义相对论对论 的两条基本公设设 (1)爱爱因斯坦相对对性原理：对对于描述一切物理过过程 (包括物体位置变动变动 、电电磁以及原子过过程)的规规律 ，所有惯惯性系都是等价的，这这里的物理过过程包括 光在内爱爱因斯坦把伽利略的力学相对对性原理推 广到了电电磁物理规规律和一切其他规规律，成为为第一 个公设设 (2)光速不变变原理：在所有相对对光源静止或做匀 速直线线运动动的惯惯性系中观观察，真空中的光速都 相同，与光源的运动动和观观察者的运动动没有关系 这这一条公设设使我们们看到一幅与传统观传统观 念截然 不同的物理图图像设设想从一点光源发发出一光脉 冲，如人从光源在其中保持静止的参考系中观观察 ，波前为为以光源为为中心的球面；如从相对对于光 源做匀速直线线运动动的另一参考系观观察，波前将 同样样是以光源为为中心的球面这预这预 示着与伽利 略变换变换 不同的时时空观观 即时应时应 用(即时时突破，小试试牛刀) 3关于狭义义相对论对论 的两个基本公设设，下列说说法 中正确的是( ) A物体的位移、速度具有相对对性，所以在不同 惯惯性系中，它们们所遵循的物理规规律不同 B在惯惯性参考系中可以通过实验过实验 的方法证实该证实该 系统统是静止的还还是匀速运动动的 C选选不同的惯惯性参考系，光的传传播速度不同 D以上说说法都不正确 解析：选选D.根据狭义义相对论对论 的两个基本公设设 可知，在不同的惯惯性参考系中，一切物理规规律 都是相同的，故A错错；在惯惯性参考系中无法通 过实验过实验 的方法确定这这一系统统本身的运动动情况 ，故B错错；真空中的光速在不同的惯惯性参考系 中都是相同的，故C错错，正确答案为为D. 课堂互动讲练 对牛顿第二定律受参考系限制的认识 例例1 1 如图图611所示，在列车车厢车车厢 的光滑水平 面上有一个质质量为为m5 kg的小球，正随车厢车厢 一 起以20 m/s的速度匀速前进进现现在给给小球一个水 平向前的F5 N的拉力作用，求经过经过 10 s时时，车车 厢厢里的观观察者和地面上的观观察者看到小球的速度 分别别是多少？ 图图611 【答案】 10 m/s 30 m/s 【方法总结总结 】 在两个惯惯性系中，虽虽然观观察 到的结结果并不相同，一个是10 m/s，另一个 是30 m/s，但我们们却应应用了同样样的运动规动规 律 和速度合成法则则也就是说说，力学规规律在任 何惯惯性系中都是相同的 狭义相对论原理的应用 例例2 2 火箭以0.75 c的速度离开地球，从火箭上 向地球发发射一个光信号火箭上测测得光离开的 速度是c，根据过过去熟悉的速度合成法则则，光到 达地