5.2时间空间的相对性学案人教版选修3-4

15.2 时间和空间的相对性 学案知识目标1理解“同时”的相对性。2通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性。3通过对两个结论的分析认识时间和空间是不能脱离物质而单独存在的。教学重点同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。教学难点相对论的时空观。知识梳理（二）进行新课1阅读“同时”的相对性，请回答：车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0分别向前后匀速运动，（相对于车厢），问 （1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观察者看来两球是否同时到达两壁？ （3）如果把上述事件换成两列光的传播，情况如何呢？为什么呢？（4）那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？2阅读长度的相对性，请回答：（1）l和l之间有如下关系，及个物理量的意义？（2）一个杆，当它沿自身方向相对于测量者运动时，测量者的测量结果如何？ 变短了。（3）若杆沿着垂直自身方向相对测量者运动呢？应该一样。3阅读时间间隔的相对性，请回答：（1）时间相对性的关系式，各量的物理意义？t=（2）在式中可以发现哪一位观察者感觉时间长？（3）通过讨体会在不同参考系中，时间间隔是相对的。4阅读时空相对性的验证，请回答（1）时空相对性的奇妙图景的前提是？（2）举例说出宏观时空相对性的证据？1971年的铯原子钟的环球飞行，实验结果与理论符合得很好。5相对论的时空观填空：经典物理学的时空观与相对论时空观的差异。经典时空观相对论时空观时间天然存在；一分一秒地流逝；与物质运动无关与物质存在与否及运动状态有关空间一个大盒子；物质运动的场所与物质存在与否及运动状态有关联系二者脱离，没有联系，独立存在物质、时间、空间是紧密联系的统一体适用范围低速运动物体遵循经典物理学规律更有普遍意义，广泛适用典型例题例1、如果一个人在地上量好一根静止杆的长度是l，他将这根杆带到以0.5c速度运动的飞船上，坐在飞船上测量这根杆的长度又是多少？答案：应该是L，可以从公式l=l0求出。例2、一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度v=c）分析：已知飞船观察者甲经时间=30年，地面上的观察者乙经过时间为t= =年=60年可见甲的孪生兄弟已经60岁了。基础训练1.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箭的长度和时间进程均无变化 D火箭上的人看到地面物体长度变小，时间进程变慢了2火车高速运动时，则A车头和车尾上的人不能同时看到车中间发生的事件B车头和车尾上的人能同时看到车中间发生的事件C车上的人看到沿车方向放置在车上的木棒长度要变短D静止在站台上的人看到沿车方向放置在车上的木棒长度变短3.某物体的速度使其质量增加10，则此物体在其运动方向上缩短了w.w.w.c.o.m A10 B90 C D4.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，则他所乘坐的飞船相对地球的速度为 A0.5CB0.6CC0.8CD0.9C5.设某人在以速度为0.5 c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1.5 cB飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5 cC在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c6.地面上A、B两个事件同时发生对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说(如图)，哪个事件先发生？7. A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？8.某人测得一静止棒长为l、质量为m，于是求得此棒的线密度为，假定此棒以速度v在棒长方向上运动，此人再测棒的线密度应为多少，若棒在垂直长度方向上运动，它的线密度又为多少?参考答案1.BCD 2AD3.D4.C5.CD6.可以设想在事件A发生时A处发出一个闪光，事件B发生时B处发出一个闪光。“两闪光相遇”作为个事件，发生在线段AB的中点，这在不同参考系中看都是一样的。“相遇在中点”这个现象在地面系中很容易解释：两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度又一样，当然在线段的中点相遇，火箭上的人则有如下推理：地面在向火箭方向运动，从闪光发生到两闪光相撞，线段中点向火箭的方向运动了段距离，因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的光速相同，定是闪光B发出得早一些。7.解析：8.解析：这里包含有两个相对论效应：（1）沿棒长方向运动时的“长度收缩”效应；（2）运动物体的“质速关系”。若棒（K系）以速度v相对观察者（K