人教版选修34 时间和空间的相对性 第1课时 教案.docx

152时间和空间的相对性教学目标一、知识与技能：（1）同时的相对性（2）运动长度的收缩（3）时间间隔的相对（4）了解时空相对性的验证（5）了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别二、过程与方法：（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”的过程三、情感态度和价值观：（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。（2）辩证地看待经典物理理论教学重点、难点从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性教学方法阅读小结教学手段多媒体课件教学活动一、“同时”的相对性知道“同时”的相对性是相对论两个假设的直接推论。讲解过程中要强调理解的出发点必须是两个假设，否则无法理解。 两种情景中点发光 情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁讲解关键：在各个参考系中光速都为c 情况2：地面 上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的利用相对运动原理，可假设车静人动 ，人和地面相当于火车，结果与前面相似让学生自己分析课本上的“思考与讨论”二、长度的相对性1、要让学生知道长度的相对性(动尺缩短)，是“同时”的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著。2、要讲清利用严格数学推导可以得到洛伦兹变换的相对论长度收缩公式。3、要让学生理解长度收缩公式的物理意义，必须注意参考系的选择及参考系的运动状态。三、时间间隔的相对性 教学时要分析清楚“动钟变慢”与同时的相对性的联系，使学生知道运动的钟变慢是同时的相对性带来的时空属性。 时间间隔的相对性可以通过长度的相对性的一些简单例子加以说明。要讲清“动钟变慢”(或时间膨胀)是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。教学中特别指出，运动时钟变慢完全是相对的，由于两个惯性参考系是平权的，在它们上面的观测者都将发现对方的钟变慢了。四、时空相对性的验证根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中子的数量，结果与相对论预言完全一致1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照实验结果与理论预言符合的很好这是相对论的第一次宏观验证五、相对论的时空观牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。人类对于空间、时间更进一步的认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。六、小结 见板书七、课堂练习：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解析：选ac狭义相对论的两个基本假设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。2(多选)如果牛顿运动定律在参考系a中成立，而参考系b相对于a做匀速直线运动，则在参考系b中()a牛顿运动定律也同样成立b牛顿运动定律不能成立ca和b两个参考系中，一切物理定律都是相同的d参考系b也是惯性参考系解析：选acd参考系a是惯性参考系，而参考系b相对于a做匀速直线运动，因而参考系b也是惯性参考系，d正确；根据狭义相对论知，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是相同的，a、c正确，b错误。3惯性系s中有一边长为l的正方形，如图1所示。从相对s系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是()图1解析：选c由相对论知识ll0得运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边长不变，c正确。4.话说有兄弟两个,哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空,经过一段时间返回地球,哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多,则该现象的科学解释是()a.哥哥在太空中发生了基因突变,停止生长了b.弟弟思念哥哥而加速生长了c.由相对论可知,物体速度越大,在其上时间进程就越慢,生理过程也越慢d.这是神话,科学无法解释解析:根据相对论的时间延缓效应,当飞船速度接近光速时,时间会变慢,时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的。飞船运行的速度越大,时间延缓效应越明显,人体新陈代谢越缓慢。答案:c5.根据你的理解，你认为下列哪些观点是正确的（ ）a.在经典力学中，物体的质量是不随物体运动状态而改变的b.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；只适用于宏观世界，不适用于微观世界c.相对论与量子力学的出现否定了经典力学理论d.伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳演绎法”是经典力学方法的典型答案：abd6.一只长的标尺以接近光速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.以下哪种叙述最恰当地描述了标尺穿过管子的情况( )a.标尺收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它b.标尺收缩变短，因此在某些位置上，标尺从管子的两端伸出来c.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住标尺d.所有这些都与观察者的运动情况有关解析：观察者的运动情况不同，选取不同的惯性系，标尺与管子的相对速度也不相同，观察到的标尺和管子的长度也不相同，所以选项d正确.答案：d作业：1.一只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.以下哪种叙述最恰当地描述了标尺穿过管子的情况（ )a.标尺收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它b.标尺收缩变短，因此在某些位置上，标尺从管子的两端伸出来c.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住标尺d.所有这些都与观察者的运动情况有关思路解析：观察者的运动情况不同，选取不同的惯性系，标尺与管子的相对速度也不相同，观察到的标尺和管子的长度也不相同，所以选项d正确.答案：d2用狭义相对论的观点判断，下列说法中不正确的是()。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在地面上的人看来，以10 km/s的速度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d当物体运动的速度vc时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计答案：a按照狭义相对论的观点，时间和空间都是相对的，a项错误；由可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的时钟相对观察者静止，时钟准确，b项正确；由l可知，地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，c项正确；当vc时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故d项也正确。3a、b两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且vavb，在飞机上的人观察结果正确的是()。aa飞机上的人观察到足球场的长度比b飞机上的人观察到的大ba飞机上的人观察到足球场的宽度比b飞机上的人观察到的小c两飞机上的人观察到足球场的长度相同d两飞机上的人观察到足球场的宽度相同答案：d因为当一个惯性系的速度比较大时，根据l知，沿飞行方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故a、c选项均错误；而垂直于运动方向上，宽度是不随速度而变化的，因此b选项错误，d选项正确。4(对应要点一)关于时间和空间，在学习狭义相对论后我们应认识到()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有物质才有空间和时间d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解析：经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的，在相对论力学中，时间和空间是和物质的运动相联系的。只有在物质存在时才有空间和时间的概念，时间和空间是相互联系且是相对的。答案：cd5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()。a0.5cb0.6cc0.8c d0.9c6. 答案：c由l，且可得：v0.8c，故只有c项正确。6.下列几种说法:(1)所有惯性系统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。其中哪些是正确的()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,即(1)(2)都是正确的。光速不变原理认为:光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的。答案:d7.(多选)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的不变的量值,而与参考系选取无关d.经典力学的时空观就是一个绝对的时空观,时间与空间、物体的运动无关答案:abcd8.(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,