《高中物理选修34第6章 课程纲要 教案学案（2020年8月）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理选修34第6章 课程纲要 教案学案（2020年8月）.doc（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一 寸 光 阴 不 可 轻在经典物理学中，若有一列火车以速度v做匀速直线运动，火车上有一物体以相对于火车的速度u与火车同向运动，则地面上的人看到物体的速度应该是uv.这似乎没什么疑问，但是以此推下去，在运动的火车上发出的光就可以超光速传播了请你思考：火车上发出的光可能超光速传播吗？6.1经典时空观狭义相对论的两个基本假设 1了解伽利略相对性原理和经典时空观2知道伽利略速度变换公式3了解爱因斯坦相对性原理4了解光速不变原理1重点难点教学重点：狭义相对论的基本假设教学难点：光速不变原理2高考前瞻该节内容在高考中一般考查狭义相对论的两个基本假设的结论，光速不变原理考查的频率也较高3教学建议本课时应让
2、学生了解相关物理史实，感受物理学的广博宏大；通过实例类比，加强学生对相对性原理的理解；让学生牢记光速不变原理，并通过实例加强记忆另外，让学生明确相对论是物理学发展到一定程度上必然产物1. 伽利略相对性原理(1)如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就是_(2)伽利略相对性原理：在任何惯性系中，_都是一样的，都可以用_来描述2经典时空观时间是_(填“绝对”或“相对”)的、与任何外界事物无关；空间是_(填“绝对”或“相对”)的，与任何外界事物无关；时间和空间是_3伽利略速度变换公式一节车厢相对地面以速度u运动，车厢内的人相对车厢以速度v运动，根据伽利略速度变换公式，人相对地面的运动速度v_
3、4狭义相对论的两个基本假设(1)对于不同的惯性系，_都是一样的这一假设称为爱因斯坦相对性原理(2)爱因斯坦根据对麦克斯韦理论的研究提出光速不变原理，即在不同的惯性参考系中光速都是_的，光的传播_(填“遵守”或“不遵守”)伽利略速度变换公式参考答案：1(1)惯性系(2)力学的规律牛顿定律2绝对绝对相互独立、互不相关的3u v4(1)物理规律(包括力学和电磁的)(2)相同 不遵守主题1：物理学的大厦情景：19世纪末期，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：说说你了解的在建立经典力学、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，
4、每个分支至少说出两位科学家解答：经典力学中有伽利略、牛顿、笛卡儿、胡克、开普勒等物理学家；热力学和统计物理学中有焦耳、瓦特、开尔文等物理学家；电磁场理论中有法拉第、麦克斯韦、赫兹等物理学家主题2：经典的相对性原理情景：黄河凌汛是威胁黄河下游的巨大水患，为了消除凌汛，我们每年冬春之交都要动用飞机炸开冰面如果飞机匀速飞行，每隔相同的时间投下一颗炸弹，如图所示问题：(1)从飞行员角度进行观察，在空中的炸弹的运动形式是怎样的？(2)从第一颗炸弹上观察其他仍在空中的炸弹，它们的运动形式是怎样的？(3)从地面上安全位置静止的指挥员观察，在空中的每个炸弹的运动形式是怎样的？(4)对于飞行员和地面观察员观察到
5、的炸弹的运动，描述运动中的物理量相同的是什么？解答：(1)从飞行员角度进行观察，炸弹是做自由落体运动(2)从第一颗炸弹上观察其他仍在空中的炸弹，炸弹是做竖直向上的匀速运动(3)从地面上安全位置静止的指挥员观察炸弹，炸弹是做平抛运动(4)飞行员和地面观察员观察到的炸弹的运动相同的物理量是加速度(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)狭义相对性原理在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；(2)光速不变原理真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的问题：说说你对这两个基本假设的认识，为什么这两个观点不叫定律而叫假设？解答：前一个假设是解决参考系的问题
6、，爱因斯坦认为自然界不存在特殊的惯性参考系，所以相对性原理的内容是在不同参考系中，一切物理规律都是相同的第二个假设解决电磁学规律不能和经典的惯性参考系相兼容的问题，内容是真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的能够验证这两个观点的实验非常有限，只有从这两个假设出发，经过逻辑推理(包括数学推导)所得出的大量结论能与事实相符，才能证实它的正确性一、了解物理学史例1为了纪念一个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将2005年定为世界物理年，并进行了一系列的活动，其中包括“物理照亮世界”的全球性光速传递活动缅怀伟人，承前启后这位被纪念的伟人是()A哥白尼 B伽利
7、略C牛顿 D爱因斯坦【解析】一个历史上极其特别的年份、一个人类应用黄金来书写的年份、一个充满了奇迹的年份1905年这一切，因为一个名叫爱因斯坦的公务员在德国物理学年鉴上发表了5篇论文，带来了物理学那场伟大的革命，推倒了一座脆弱的金碧大厦，开启了物理学新纪元这一年，爱因斯坦在分子运动理论、量子理论和相对论上做出了开创性的工作，缔造了“爱因斯坦奇迹年”【答案】D【点拨】爱因斯坦是世界十大杰出物理学家之一，现代物理学的开创者、集大成者和奠基人，同时也是一位著名的思想家和哲学家.1921年，爱因斯坦因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，2009年10月4日，诺贝尔基金会评选“1921年物理学奖得主爱因斯
8、坦”为诺贝尔奖百余年历史上最受尊崇的3位获奖者之一二、经典的相对性原理例2如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m5 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F5 N的拉力作用，并保持不变，10 s后，求车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度【解析】利用经典力学的相对性原理进行计算对车上的观察者：物体的初速度v00，加速度a1 m/s2，10 s末速度v1at10 m/s对地面上的观察者：物体初速度v020 m/s加速度相同a1 m/s210 s末速度v2v0at30 m/s.【答案】10 m/s30 m/s【点拨】在两个惯性系中，虽然观察到
9、的结果并不相同，一个是10 m/s，另一个是30 m/s，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则，也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的变式训练1如图甲所示，小船在风平浪静的海面上静止，从桅杆上释放一个小球，桅杆上的人观察到小球做什么运动？如果小船匀速运动，船上的人观察到小球做什么运动？站在岸边上的人观察到小球的运动又是什么样的？【解析】如图乙所示，在桅杆上观察，小球相对于观察者没有初速度，所以两种情况下都是自由落体运动；而在岸上观察，当船匀速运动时，小球在下落开始就具有一个水平方向上的初速度，所以做抛体运动【答案】见解析三、光速不变原理例3假设你是一个“光子”，你和你的同伴(当然也是
10、一个“光子”)都从灯泡里“逃”出来，那么，在你看来，你的同伴的速度是多少？在你的同伴看来，你的速度又是多少？在站在灯泡外面的人看来，你们的速度是多少？(从相对论的角度论述)【解析】根据光速不变原理，在所有的惯性系中，真空的光速都是一个常数c.当你是一个“光子”时，你就是一个惯性系，你将会看到你的“光子”同伴以c远离你而去依此类推，你的“光子”同伴也是惯性系，在它看来，你将以c向前狂奔，把它抛在后面对于灯泡外边的观测者，也是一个惯性系，他将看到你们两个将会并肩前进，速度都是c.【答案】见解析【点拨】在相对论中，有一个基本假设是光速对任何惯性参考系都是相同的变式训练2如图所示，回答下列问题：(1)
11、参考系O相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？(3)参考系O相对于参考系O以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？ 【解析】根据速度合成法则，第(1)种情况人看到的光速应是c，第(2)种情况应是cv，第(3)种情况应是(cv)而根据狭义相对理论，光速是不变的，都应是c.【答案】三种情况都是c一、经典的相对性原理1惯性参考系：牛顿运动定律成立的参考系2经典的相对性原理：力学规律在任何惯性参考系中都是相同二、狭义相对论的两个基本假设1狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的2光速不变原理：真空中的光速
12、在不同惯性参考系中都是相同的1下列参考系可以看做惯性系的是()A静止的参考系B匀速运动的参考系C匀加速运动的参考系D牛顿运动定律成立的参考系【解析】根据伽利略相对性原理可知A、B、D正确【答案】ABD2在匀速前进的汽车中的水平光滑桌面上放置一个小球，当车突然停止的瞬间，从地面上观察，小球将做匀速运动，符合牛顿第二定律中物体受到的合力为零的情况；当从车内桌边静止的人的角度观察，小球做加速运动而分析小球受力情况时发现小球在水平方向上不受外力，那小球为什么做加速运动呢？这是什么原因呢？【解析】对于地面这个参考系来讲，这个参考系没有加速度，可以看做是惯性参考系，所以牛顿运动定律在这里是适用的，但是从车
13、上观察时，车是一个减速运动的参考系，对此，牛顿运动定律不适用【答案】牛顿运动定律在非惯性系中不适用3在平直轨道上有两辆车同时、同向前进，前车相对于地面的速度是30 m/s，后车相对于地面的速度是10 m/s，都做匀速直线运动，如果从后车上观察，前车的速度是多少？【解析】由于两车都做匀速运动，从后车上观察就是认为后车固定不动，所以前车相对于后车的速度就是30 m/s10 m/s20 m/s.【答案】20 m/s4如图所示，甲乘坐宇宙飞船追赶乘坐宇宙飞船离去的乙，两宇宙飞船对地面的速度分别为0.7c、0.4c，某时刻甲为了联系乙向乙发出一个光信号，则()A地面上的人看光信号的速度为vcB乙看光信号
14、的速度为0.6cC甲看光信号的速度为cD乙看甲的速度为0.3c【解析】由相对性原理可知D对；由光速不变原理可知C对【答案】CD6.2相对论时空观 1知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论2了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论时空观的建立对人类认识世界的影响3通过实例，了解时间和空间的相对性，体会相对论时空观与低速世界情景的差异1重点难点教学重点：同时的相对性，时间间隔的相对性，长度的相对性教学难点：同时的相对性2高考前瞻同时的相对性是高考考查的热点，要能够熟练地进行分析“尺短钟慢”效应一般只在选择题中出现，要求能用公式做出正确的判断，所以一定要记住“尺短钟慢”的公式并知道其基本意义3教学建议在学习本节知识之前，首先要对上节学过的相对论的诞生的有关知识进行复习本节的重点是时间和空间的相对性，学习时应注意结论的理解，不必在数量关系上下工夫，要注意逻辑关系的应用1同时的相对性同时是指两个事件发生的时刻是一样的，同时的相对性是说，在一个惯性系中，同时发生的两个事件，在另一个惯性系中则可能不是同时发生的，即同时是_的 ，也就是说，有人看到同时发生的事件，在其他观察者眼里可能不是同时发生的2时间延缓既然同时具有相对性，时
