高中物理选修3-4第6章 课程纲要 教案学案

1、在古典物理学中，如果有一列以速度v均匀的直线运动的列车，并且有一个以相对于列车的速度u向火车相同方向运动的物体，那么地面上的人就知道物体的速度应该是u v。这是毫无疑问的，但是推来推去的列车发出的光可以用超光速传播。请想想：火车发出的光能以超光速传播吗？6.1古典时空狭义相对论的两个基本假设理解伽利略的相对论和古典时间观。知道伽利略速度转换公式。理解爱因斯坦的相对论。理解光速不变的原理。1.重点困难讲座重点：狭义相对论的基本假设。教育的困难：光速不改变原理。2.高考预测这一部分的结论是，高考中一般考察特殊相对论的两个基本假设，因此，原则上考察光速的频率也很高。3.教学建议这节课要让学生了解相关

2、物理历史事实，感受物理学的光辉。通过案例比喻加强学生对相对论的理解。让学生牢记光速不变的原理，通过例子加强记忆。还让学生们明确相对论是物理学发展到一定程度的必然产物。伽利略相对性原理(1)如果牛顿的运动定律建立在某个参考系上，那么这个参考系就是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(2)伽利略的相对性原理：在任何惯性系中，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _2.古典时间观时间是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(绝对或相对)，与外部世界无关。空间是_ _ _ _ _

3、_ _ _ _ _ _(绝对或相对)，与外部事物无关。时间和空间是_ _ _ _ _ _ _ _。伽利略速度转换公式一个车厢相对于地面以速度u移动，车厢内的人以速度v 移动，根据伽利略速度转换公式，人地面的运动速度v=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。狭义相对论的两个基本假设(1)在其他惯性系中，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _也是相同的。这个假设被称为爱因斯坦的相对论。(2)爱因斯坦根据对麦克斯韦理论的研究，提出光速不变的原则。也就是说，徐璐不同惯性参考系的光速全部为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(“符合”)

4、请参阅答案：1.(1)惯性系(2)力学定律牛顿定律绝对相互独立，互不相关。3.u v4.(1)物理定律(包括力学和电磁)(2)不符合同样的要求主题1:物理学的建筑情景：19世纪末，以经典力学、热力学和统计物理学(热学)、电磁场理论为主要内容的物理学形成了完整的科学体系。问题：请告诉我在制定经典力学、热力学和统计物理学、电磁场理论的过程中起重要作用的物理学家。每个领域至少说两个科学家。答案：古典力学有物理学家，例如伽利略、牛顿、笛卡尔、胡克、开普勒；热力学和统计物理学有焦耳、瓦特、开尔文等物理学家；电磁场理论中有物理学家，例如法拉第、麦克斯韦、赫兹。主题2:经典相对论情景：黄河的洪水是为了防止洪

5、水，每年冬天和春天都会刮去冰面的大洪水。飞机以固定速度飞行时，同一时间投下一枚炸弹。问题：(1)从飞行员的角度来看，炸弹在空中的运动形式是什么？(？2)从第一颗炸弹观察其他仍然留在空中的炸弹，他们的运动形式是什么？(？(3)从地面上安全位置静止的指挥官那里，每枚炸弹的运动形式是什么？4)对于飞行员和地面观测者观察到的炸弹运动，运动的物理量是什么？(？回答：(1)从飞行员的角度来看，炸弹是做下落运动的。(2)在第一颗炸弹中观察仍然留在空中的其他炸弹，这些炸弹在垂直方向上以固定的速度移动。(。(3)从地面上安全位置停止的指挥官那里观察炸弹。炸弹是平抛运动。(4)飞行员和地面观测者观察到的炸弹的运动

6、等物理量是加速度(即重力加速度)。主题3:狭义相对论的两个基本假设情景：狭义相对论的两个基本假设：(1)狭义相对论在徐璐其他惯性参考系统中，所有物理定律都是相同的。(2)光速不变原理真空中的光速在不同惯性参考系统中是相同的。问题：请说说你对这两个基本假设的认识。为什么这两种观点不叫定律？答：前面的假设是解决参考系统的问题，爱因斯坦认为自然界中不存在特殊的惯性参考系统，所以相对论的内容是徐璐其他参考系统中所有的物理定律都是一样的。第二个假说解决了电磁学定律与经典惯性参考系统不兼容的问题，真空的光速在徐璐其他惯性参考系统中均相同。能验证这两种观点的实验非常有限，从这两个假设出发，通过包括数学推导在

7、内的逻辑推理得出的很多结论必须与事实相符，才能证明其正确性。第一，了解物理学的历史。例1为了纪念伟大的科学家和思想家，为了纪念充满神奇色彩的1905年，国际物理学会和联合国把2005年定为世界物理年，进行了包括“物理照亮世界”的全球光速传递活动在内的一系列活动。伟人悼念，胜场。这个纪念伟人是A.哥白尼b .伽利略C.牛顿d爱因斯坦历史上非常特别的一年，人类用黄金写的一年，充满奇迹的一年1905年。这一切都是因为一位名叫爱因斯坦的公务员在德国物理学年鉴发表了5篇论文，带来了物理学的伟大革命，摧毁了脆弱的金碧大厦，开启了物理学的新时代。那一年爱因斯坦在分子运动理论、量子理论和相对论方面做了划时代的

8、工作，创立了“爱因斯坦奇迹年”。回答 d爱因斯坦是世界十大物理学家之一，现代物理学的创始人、共同圣歌、创始人、著名思想家和哲学家。1921年，爱因斯坦因光电效应法研究而获得诺贝尔物理学奖，2009年10月4日，诺贝尔基金会将“1921年物理学奖获奖者爱因斯坦”评为诺贝尔奖100多年来历史上最受尊敬的三位获奖者之一。第二，经典相对论例2如图所示，列车客舱平滑的水平面上有一个质量为m=5kg的小球体，与车厢一起以20 m/s的速度恒定移动，现在给球的水平前端以f=5n的拉力效果，求出10 s后，找出车厢的观察者和地面观察者能看到的球速度。【分析】利用经典力学的相对性原理计算。汽车观察者：物体的初始

9、速度v0=0=0，加速度a=1 m/S2，10 s最终速度v1=at=10 m/s对地上观察者：物体初始速度v 0=20m/s加速度等于a=1m/S210 s马速度v2=v 0 at=30m/s【回答】10 m/s 30 m/s在两个惯性系中观察到的结果不相同，但一个为10 m/s，另一个为30 m/s。但是我们应用了相同的运动定律和速度合成定律。换句话说，在任何惯性系中，机械定律都是一样的。边式训练1如图a所示，小船停在平静的海面上，从桅杆上打出小球，桅杆上的人观察做什么运动？船以一定的速度运动，船上的人观察小球做什么运动？站在岸边的人观察了球的运动是什么样的？【分析】如图b所示，从桅杆上看

10、，小球与观察者相比没有初始速度，因此两种情况下都是自由落体运动；从陆地上观察，船以一定的速度运动时，球开始下落时有水平方向的初始速度，所以进行投掷运动。【答案】见分析第三，光速原理不变例3假设你是“光子”，你和你的同事(当然是“光子”)都从灯泡“逃脱”，那么你同事的速度是多少？对你的同伴来说，你的速度是多少？在灯泡外面，对季晨们来说，你们的速度怎么样？(从相对论的角度论述)根据光速不变的原理，所有惯性系中真空的光通量都是常数c。当你是“光子”的时候，你是惯性系。你会看到你的“光子”同伴远离c。像这样，你的“光子”同伴也是惯性系。在那一点上，你会用c向前疾驰，向后扔。灯泡外的观测者也可能是惯性系

11、。他将看到两个人并排前进。速度是c。【答案】见分析相对论中有一个基本假设，光速对所有惯性参考系统都是一样的。转换培训2回答以下问题，如图所示。(1)参考系统O相对参考系统O停止运行时，人看到的光速是多少？(？(2)参考系统O 相对参考系统O ，向右移动速度v时，人看到的光速是多少？(？(3)参考系统O相对于参考系统O ，向左移动速度v时，人们看到的光速是多少？(？根据速度合成定律，(1)情况人看到的光速必须是c，(2)情况c v，(3)情况(c-v)根据狭义和相对的理论，光速不变，全部都必须是c。回答三种情况都是c一、经典相对论1.惯性参考系：牛顿运动定律形成的参考系。2.经典相对论：力学定律

12、在所有惯性参考系中都是相同的。二、狭义相对论的两个基本假设1.狭义相对论：在徐璐其他惯性参考系统中，所有物理定律都是相同的。2.光速不变的原理：真空中的光速在惯性参照系中是相同的。1.以下参考系统可视为惯性系统()A.整地参考系统B.均匀运动基准系统C.均匀加速度运动的基准系统D.牛顿运动定律建立的参考体系根据伽利略的相对性原理，可以看出a，b，d是正确的。回答 ABD2.在匀速运动的汽车的水平光滑的桌子上放一个小球，在汽车突然停止的瞬间在地面上观察，小球会固定移动，符合牛顿第二定律中物体受到的合力为零的情况；从车内桌子静止的人的角度来看，小球进行加速运动。但是在分析小球受力的情况时，如果发现

13、小球在水平方向上没有受到外力，为什么那个小球会做加速运动呢？这是什么原因？从地面上看，这个参考系统没有加速度，可以看作惯性参考系统，所以牛顿的运动定律在这里适用，但从车上看，它是减速运动的参考系统，所以牛顿的运动定律不适用。答案牛顿的运动定律不适用于郑智薰惯性系统。3.直线轨道上有两辆汽车同时，朝同一方向前进，前面的车相对于地面的速度为30 m/s，后面的车相对于地面的速度为10 m/s，都做一定的直线运动，从后面的车观察，前面的车的速度是多少？因为两种车都有一定的速度运动，从后面的车来看，后面的车被认为是固定不变的，所以前面的车的相对速度为30m/s-10m/s=20m/s。【回答】20 m

14、/s4.图中所示，甲追赶乘宇宙飞船离开的乙，两艘宇宙飞船分别以0.7c，0.4c的速度朝向地面，甲为了联系乙，发出光信号()A.地上的人看光信号的速度是v cB.b光信号速度0.6cC.a看光信号的速度是cD.看b甲的速度是0.3c分析可由相对论知道。可以用光速不变的原理来知道。回答光盘6.2相对论时空概念1.知道有关时空相对性的狭义相对论的主要结论。2.理解古典时间和相对论时间观的主要差异，理解相对论时间和空间的概念对人类理解世界的影响。3.通过实例理解时间和空间的相对性，体验相对论时间和空间的观念和低速世界情景的差异。1.重点困难教学重点：并发，时间间隔的相对性，长度的相对性。教学难点：并

15、发性的相对性。2.高考预测与此同时，相对性是高考的热点，必须能掌握分析。“查克短肿”效果一般只出现在客观式的门港，要求用公式做出正确的判断，所以一定要记住“查克短肿”的公式，知道其基本。3.教学建议在学习本节的知识之前，首先要复习上节所学的相对论诞生的知识。本节的重点是时间和空间的相对性。学习的时候要注意结论的理解。没有必要把时间花在数量关系上。要注意逻辑关系的应用。1.同时相对性也就是说，两个事件发生的瞬间是相同的，同时性的相对性是，在一个惯性系中同时发生的两个事件在另一个惯性系中可能不会同时发生，也就是说，如果有人看到_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _同时发生，在另一个观察者的

16、眼里可能不会同时发生2.时间延迟因为是徐璐相对关系，所以时间间隔是相对关系，时间间隔的相对公式是=。其中u表示汽车在徐璐地面上的移动速度，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _3.长度短物体的长度与观察者和物体之间的相对运动情况有关，物体停在地面上时的长度为l0，相对地面运动速度为u时地面观察者观察到的长度为l，则为l=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。4.相对论中的时空概念相对论认为空间和时间的测量与_ _ _ _ _ _ _ _ _ _相关并相对。古

17、典时间观是相对论时间和空间的特殊表现。请参阅答案：1.相对2. 0 3.l04.物体的运动主题1:识别时间情景：世界上最快、最慢、最长、最平凡、最珍贵、最容易忽略、最后悔的是时间。为了计时，世界上出现了沙漏(图)、电子表、机械表、广西仪、生物钟等多种时钟。问题：运动可能会减慢时间，所以所有的时钟都一样慢吗？和手表的种类有关系吗？人在其中的话，能感觉到时间的减慢吗？答：根据爱因斯坦的特殊相对论，运动可以使时间慢，而不考虑计时工具，因此所有的时钟都同样慢，不在乎手表的种类，即使人在其中，也感觉不到时间慢。只是不在地上移动的人认为他的时间很慢。主题2:狭义相对论情景：火车以v速度高速移动，火车上有一个光源。问题：如果地面上的人测量从这个光源发出的闪光灯同时到达汽车的前壁和后壁，那么图片是地面上观察者得到的结果，那么在列车上，根据人的测量，闪光灯是先到达前壁还是后壁呢？火车人如何解释自己的测量结果？回答：火车