江苏省新沂市王楼中学高中物理 3-4（15.12）导学案

1 学习内容 江苏省新沂市王楼中学高中物理江苏省新沂市王楼中学高中物理 3 3 4 4 15 115 1 2 2 导学案 导学案 学习目标 1 理解经典的相对性原理 2 理解光的传播中光速问题 3 知道狭义相对论的两介基本假设 4 知道 同时 的相对性 时间间隔的相对性 长度的相对性 5 知道时间和空间不是脱离物质而独立存在 的 学习重 难点 狭义相对论的两介基本假设 同时 的相对性 时间间隔的相 对性 长度的相对性 学法指导自主 合作 探究 学习过程用案人自我创新 自主学习 1 体会 惯性系与非惯性系 1 定义 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 注意 在不同的惯性参考系中 物体的运动情况可能不同 但同时 遵守牛顿运动定律 2 惯性系和非惯性系的比较 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 2 伽利略相对性原理 表述 1 表述 2 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 或者说 任何惯性参考 系都是平权的 3 狭义相对论的两个基本假设 1 狭义相对性原理 2 光速不变原理 注意 力学的相对性原理和狭义相对性原理的区别 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 2 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规律 不论是力学规律还是电磁规律 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 4 同时 的相对性 经典的物理学家认为 狭义相对论的时空观认为 5 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 的位置坐标 坐标之差 就是测出的杆长 M N 如果与杆相对静止的人认为杆长为 L0 与杆相对运动的人认为杆长 为 L 则 L Lo 2 1 c v 从上式看 一根沿自身长度方向运动的杆 其长度总比杆静止时的 长度 而在垂直于运动方向上 杆的长度 6 时间间隔的相对性 时间延缓效应 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 设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时向间隔为 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 则 1 c v t 对时间延缓效应的理解 1 时间延缓效应的来源是光速不变原理 2 时间延缓效应是时空的一种属性 在运动参考系中的时间节奏变 缓慢了 一切物理过程 化学过程 乃至观察者自己的生命节奏变慢 了 3 运动是相对的 固有时间 在某个参考系中 同一地点先后发生 了两个事件 用固定在该参考系中的钟来测定两事件的时间间隔称为两 事件的静止时间或固有时间 也称原时 4 日常生活中的时间延缓效应可以忽略 在运动速度接近光速时 则变得特别重要 例题与习题 1 如图所示 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 10s 时 车厢里的观察者和地面的观察者看到 3 小球的速度分别是多少 2 考虑几个问题 1 如图所示 参考系 0 相对于参考系 0 静止时 人看到的光速应是 多少 2 参考系 0 相对于参考系 0 以速度 v 向右运动 人看到的光速应是 多少 3 参考系 0 相对于参考系 0 以速度 v 向左运动 人看到的光速又是 多少 3 沿铁道排列的两电杆正中央安装一闪光装置 光信号到达一电杆称 为事件 1 到达另一电杆称事件为 2 从地面上的观察者和运动车厢中 的观察者看来 两事件是否都是同时事件 4 长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关 物体在运动方向上 长度缩短了 一艘宇宙飞船的船身长度为 L0 90 m 相对地面以 U 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 4 人马星座 a 星是离太阳系最近的恒星 它距赶球m 设有一 16 103 4 宇宙飞船自地球往返于人马星座 a 星之间 若宇宙飞船的速度为 0 999c 按地球上的时钟计算 飞船往返一次需多少时间 如以飞船上 的时钟计算 往返一次的时间又为多少 达 标 检 测 1 通常我们把地球和相对地面静止或匀速直线运动的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 以较高速度做匀速直线运动的磁悬浮列车 2 如果牛顿定律在参考系 A 中成立 而参考系曰相对于 A 做匀速直线运动 则在 参考系 B 中 A 牛顿定律也同样成立 B 牛顿定律不能成立 4 c A 和曰两个参考系中 一切物理定律都是相同的 D 参考系曰也是惯性参考系 3 关于狭义相对论的两个假设 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 质性参考系中是有差别的 4 下列说法正确的是 A 在以 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c 100 1 B 在以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 100 1 C 在以竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为 cc 100 1 D 在以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 cc 100 1 5 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 6 假设甲在接近光速的火车上看地面上乙手中沿火车前进方向放置的相同的尺 同时地面上的乙看甲手中沿火车前进方向放置的尺 则下列说法中正确的是 A 甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大 B 甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小 C 乙看到甲手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大 D 乙看到甲手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度小 7 在地面附近有一高速飞过的火箭 关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象 中正确的是 A 地面上的人观察到火箭变短了 火箭上的时间进程变快了 B 地面上的人观察到火箭变短了 火箭上的时间进程变慢了 C 火箭上的人观察到火