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1、62狭狭义义相相对论对论的基本原理的基本原理 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练6.2课标定位课标定位学学习目目标：1.知知道道牛牛顿对物物理理学学发展展的的巨巨大大贡献献和和经典典力力学学的的重重要要历史地位史地位2理解理解经典力学方法典力学方法论的意的意义和和经典力学的典力学的时空空观3掌握狭掌握狭义相相对论基本原理的内容及其意基本原理的内容及其意义重点重点难点：重点：点：重点：1.经典力学的重大成就和方法典力学的重大成就和方法论的意的意义2相相对论的基本原理的理解的基本原理的理解难点：点：经典力学的局限性及相典力学的局限性及相
2、对论基本原理提出的背景理解基本原理提出的背景理解课标课标定位定位定位定位课前自主学案课前自主学案一、一座永垂不朽的一、一座永垂不朽的纪念碑念碑1自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理的的产生：英国科学家生：英国科学家_的代表作，成的代表作，成书于于1686年年2自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理介介绍：全：全书共分两个共分两个部分第一部分是部分第一部分是“定定义和注和注释”“”“运运动的基本原理的基本原理”第二部分是定律的第二部分是定律的应用，其内容包括：万有引力用，其内容包括：万有引力定律和行星的运定律和行星的运动；流体力学的开；流体力学的开创性研究；天体性研究；天体力学和宇宙系力学和宇宙系
3、统的开拓性研究的开拓性研究(行星的运行星的运动，卫星星的运的运动，地面上的落体运，地面上的落体运动，抛体运，抛体运动，彗星，彗星轨道，道，岁差以及潮汐差以及潮汐现象等象等)牛牛顿全全书书贯贯穿穿了了牛牛顿顿和和莱莱布布尼尼兹兹分分别别独独立立发发明明的的数数学学方方法法微微积积分分它它在在科科学学史史上上占占有有非非常常重重要要的的地位，因为它标志着地位，因为它标志着_的建立的建立二、经典力学的巨大成就二、经典力学的巨大成就1把把_运运动动与与_物物体体的的运运动动统统一一起来了起来了2由由经经典典力力学学为为基基础础发发展展起起来来了了天天体体力力学学、材材料料力学力学3力力学学与与热热学学
4、结结合合引引发发了了_工工业业革革命命4经典力学是航天的理论基础经典力学是航天的理论基础经典力学典力学天体天体地上地上第一次第一次三、经典力学方法论的意义三、经典力学方法论的意义经典力学的研究方法以伽利略和牛顿最为典型经典力学的研究方法以伽利略和牛顿最为典型伽利略：理想实验法伽利略：理想实验法牛顿：归纳牛顿：归纳演绎法，建立理论体系演绎法，建立理论体系四、经典力学的局限性四、经典力学的局限性1经典力学对时间和空间的认识经典力学对时间和空间的认识(1)把一切自然现象都归结为把一切自然现象都归结为_ (2)把把_ 、 _割裂开来，认割裂开来，认为它们与物质运动无关为它们与物质运动无关机械决定机械决
5、定论时间空空间2经典力学的适用范围经典力学的适用范围(1)只适用于只适用于_速运动，不适用于速运动，不适用于_速运动速运动(2)只适用于只适用于_世界，不适用于世界，不适用于_世界世界(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境五、经典力学的时空观五、经典力学的时空观1概述：绝对的空间，就其本性而言，是与外界概述：绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关，而永远相同和不动的，绝对的时任何事物无关，而永远相同和不动的，绝对的时间自身在不停地流逝着这就是经典力学的时空间自身在不停地流逝着这就是经典力学的时空观，也称为观，也称为_时空观时空观低低高高宏宏观
6、微微观绝对2绝绝对对时时空空观观的的特特点点：时时间间和和空空间间是是_的的，时时间间尺尺度度和和空空间间尺尺度度与与物物质质的的运运动动无无关关，都都是是绝绝对的对的六、狭义相对论的基本公设六、狭义相对论的基本公设1惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系如研究地面上物体的运动时，地面简称惯性系如研究地面上物体的运动时，地面就是惯性参考系，相对于地面做匀速直线运动的就是惯性参考系，相对于地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性参考系参考系，也是惯性参考系分离分离2伽利略的相对性原理伽利略的相对性原理(1)概述：
7、对于所有的惯性系，力学规律都是相概述：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说一切惯性系都是等效的同的，或者说一切惯性系都是等效的(2)两个要点：两个要点：如果牛顿运动定律在某个参考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，相对于一系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系；惯性系；力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性系都是等效的说，任何惯性系都是等效的3两条基本公设两条基本公设(1)_ 原理：在不同的惯性参考系中，一原理：在不同的惯性参考
8、系中，一切物理规律都是切物理规律都是_的的(2)_ 原理：真空中的原理：真空中的_在在不同的惯性参考系中都是不同的惯性参考系中都是_的的这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础这两个假设就是狭义相对论的基础相相对性性相同相同光速不光速不变光速光速相同相同核心要点突破核心要点突破一、经典力学的成就与局限性一、经典力学的成就与局限性1经典力学的研究方法归纳比较经典力学的研究方法归纳比较亚里士亚里士多德多德Aristotle前前384前前322简介简介世界古代史上最伟大的古希腊世界古代史上最伟大的古希腊哲学家、科学家和教育家哲
9、学家、科学家和教育家方法方法论论以人的感觉经验和逻辑理性来以人的感觉经验和逻辑理性来研究物体的运动研究物体的运动意义意义开辟了探索自然界奥秘的一条开辟了探索自然界奥秘的一条新路新路观察观察科学科学成就成就提出力的合成概念，创建了视提出力的合成概念，创建了视觉、色彩视觉等原始学说，尝觉、色彩视觉等原始学说，尝试从物质本身来说明自然，把试从物质本身来说明自然，把科学从宗教和神话中解放出来，科学从宗教和神话中解放出来，推断地球是一个球体推断地球是一个球体伽利略伽利略Galilei 15641642简介简介意大利物理学家，开创近代自然科学研究方法的第意大利物理学家，开创近代自然科学研究方法的第一位学者
10、一位学者方法论方法论观察提问、合理假设、数学变换、实验验证观察提问、合理假设、数学变换、实验验证意义意义提出了新的研究方法提出了新的研究方法数学推理和科学实验数学推理和科学实验科学成科学成就就建立了摆的定律、惯性定律、自由落体定律，提出建立了摆的定律、惯性定律、自由落体定律，提出伽利略相对性原理，奠定了牛顿第一定律和第二定伽利略相对性原理，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想和经典力学的基础，他的工作使物理律的基本思想和经典力学的基础，他的工作使物理学成为独立的知识体系并从哲学中分化出来学成为独立的知识体系并从哲学中分化出来牛顿牛顿Newton 16421727简介简介英国科学家，英国科学家
11、，17世纪最伟大的科学巨匠世纪最伟大的科学巨匠方法论方法论重在分析与综合、归纳与演绎，强调论证要用重在分析与综合、归纳与演绎，强调论证要用实验验证实验验证意义意义更为深刻地实现了科学方法的丰富、发展与变更为深刻地实现了科学方法的丰富、发展与变革革科学成就科学成就澄清了力和运动的观念，总结出万有引力定律澄清了力和运动的观念，总结出万有引力定律和牛顿运动三定律，建立起完整的经典力学体和牛顿运动三定律，建立起完整的经典力学体系，从伽利略时代以来一个世纪的物理学工作，系，从伽利略时代以来一个世纪的物理学工作，在牛顿手里得到了综合在牛顿手里得到了综合2.经典力学的成就经典力学的成就(1)经典力学的建立标
12、志着近代自然科学的诞生，它经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，它把天上物体和地上物体的运动统一起来，从力学上把天上物体和地上物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界的多样性的统一，实现了人类对自然证明了自然界的多样性的统一，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合界认识的第一次理论大综合(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用，并学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就取得了巨大的成就.18世纪世纪60年代，力学和热力学的年代，力学和热力学的发展及其与生产相结合，使机器和蒸汽机得到
13、改进发展及其与生产相结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命和推广，引发了第一次工业革命由牛顿运动定律导出的动量守恒定律、机械能守由牛顿运动定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础，火箭、恒定律等，是航空航天技术的理论基础，火箭、人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、空间探测器等人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、空间探测器等航天器的发射，都是经典力学规律的具体应用航天器的发射，都是经典力学规律的具体应用3经典力学的局限性经典力学的局限性(1)从低速到高速从低速到高速日常生活中见到的物体的运动，速度都远小于光日常生活中见到的物体的运动，速度都远小于光速，经典力学完全
14、适用速，经典力学完全适用.20世纪初，著名物理学家世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论阐述了物体在以接近爱因斯坦建立的狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵从的规律，得到了一些不同于经光速运动时所遵从的规律，得到了一些不同于经典力学的观念和结论典力学的观念和结论例如在经典力学中，认为质量是恒定不变的，与物例如在经典力学中，认为质量是恒定不变的，与物体的速度或能量无关；但相对论的研究则表明，物体的速度或能量无关；但相对论的研究则表明，物体的质量将随着运动速率的增加而增大，物体的质体的质量将随着运动速率的增加而增大，物体的质量和能量之间存在着密切的联系量和能量之间存在着密切的联系(2)
15、从宏观到微观从宏观到微观19世纪和世纪和20世纪之交，物理学又有了三大发现：世纪之交，物理学又有了三大发现：X射线、电子放射性的发现，使物理学的研究由射线、电子放射性的发现，使物理学的研究由宏观进入微观领域发现的电子、质子、中子等宏观进入微观领域发现的电子、质子、中子等微观粒子，不仅具有波动性同时还具有粒子性，微观粒子，不仅具有波动性同时还具有粒子性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明说明.20世纪，量子力学的研究表明，微观粒子既世纪，量子力学的研究表明，微观粒子既表现为粒子性又表现为波动性，粒子的能量等物表现为粒子性又表现为波动性，粒子的
16、能量等物理量只能取分立的数值，粒子的速度和位置具有理量只能取分立的数值，粒子的速度和位置具有不确定性，粒子的状态只能用粒子在空间出现的不确定性，粒子的状态只能用粒子在空间出现的概率来描述概率来描述即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1下列属于经典力学成就的有下列属于经典力学成就的有()A经经典典力力学学把把天天体体的的运运动动与与地地上上物物体体的的运运动动统统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合B以以经经典典力力学学为为基基础础发发展展起起来来的的天天体体力力学学、材材料力学和结构力学等得到了广泛的应用料力学和结构力学等得到了广
17、泛的应用C力力学学和和热热力力学学的的发发展展与与生生产产相相结结合合，引引发发了了第一次工业革命第一次工业革命D由由牛牛顿顿力力学学定定律律导导出出的的动动量量守守恒恒定定律律、机机械械能守恒定律等是航天技术的理论基础能守恒定律等是航天技术的理论基础解析：解析：选选ABCD.经典力学主要以牛顿运动三经典力学主要以牛顿运动三定律、万有引力定律为基础，适用于一切宏定律、万有引力定律为基础，适用于一切宏观、低速的物体，故观、低速的物体，故A、B、C、D都正确都正确二、经典力学的时空观二、经典力学的时空观1牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观(1)绝对的、真正的数学时间，出于其本性而自行绝对的、真正的数
18、学时间，出于其本性而自行均匀地流逝着，与外界任何事物无关或绝对的均匀地流逝着，与外界任何事物无关或绝对的时间，就其本性而言与外界任何事物毫无关系，时间，就其本性而言与外界任何事物毫无关系，它永远保持不变或不动它永远保持不变或不动(2)绝对的运动是物体从某一绝对的处所转移到另绝对的运动是物体从某一绝对的处所转移到另一绝对的处所即对于空间的运动存在一个绝对一绝对的处所即对于空间的运动存在一个绝对的参考系；时间存在一个绝对的计时系统的参考系；时间存在一个绝对的计时系统2马赫的时空观马赫的时空观凡不能由实验证明的概念及陈述，都不应该凡不能由实验证明的概念及陈述，都不应该在物理学理论中占有任何的地位在物
19、理学理论中占有任何的地位否认了否认了绝对时空观绝对时空观理由：物体的相对位置和相对移动才是可测理由：物体的相对位置和相对移动才是可测量的量的(1)空间的位置是相对的空间的位置是相对的(2)速度是相对的速度是相对的即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2经典力学的时空观认为经典力学的时空观认为()A时间使物质运动而存在时间使物质运动而存在B时间是永远的流逝，与任何外界无关时间是永远的流逝，与任何外界无关C空间与物质运动状态有关空间与物质运动状态有关D物体的质量随物体运动的速度变化而变化物体的质量随物体运动的速度变化而变化解析：解析：选选B.经典力学的时空观认为：时间和空经典力学
20、的时空观认为：时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的，故无关，都是绝对的，故B正确正确三、狭义相对论基本公设的提出三、狭义相对论基本公设的提出1伽利略相对性原理伽利略相对性原理(1)惯性系惯性系(inertial frame)与非惯性系：与非惯性系：在经典力学中，牛顿运动定律是力学规律的基在经典力学中，牛顿运动定律是力学规律的基础，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，础，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫做惯性系如果牛顿运动定律这个参考系就叫做惯性系如果牛顿运动定律在某个参考系中不成立，这个参考系就叫做非在某个参
21、考系中不成立，这个参考系就叫做非惯性系惯性系注意：相对于一个惯性系做匀速直线运动的另注意：相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系一个参考系也是惯性系(2)伽利略相对性原理伽利略相对性原理如果在不同的惯性系中测物体自由下落的时间，如果在不同的惯性系中测物体自由下落的时间，测一个单摆的周期，研究平抛运动的规律，或研测一个单摆的周期，研究平抛运动的规律，或研究牛顿第二定律的实验，就会发现，所有的实验究牛顿第二定律的实验，就会发现，所有的实验现象和实验结论，都不会因惯性系的不同而有所现象和实验结论，都不会因惯性系的不同而有所不同，也就是说，各个惯性系都是等价的这个不同，也就是说，各个惯
22、性系都是等价的这个观点叫做伽利略相对性原理观点叫做伽利略相对性原理2狭义相对论的两条基本公设狭义相对论的两条基本公设(1)爱因斯坦相对性原理：对于描述一切物理过程爱因斯坦相对性原理：对于描述一切物理过程(包括物体位置变动、电磁以及原子过程包括物体位置变动、电磁以及原子过程)的规律，的规律，所有惯性系都是等价的，这里的物理过程包括光所有惯性系都是等价的，这里的物理过程包括光在内爱因斯坦把伽利略的力学相对性原理推广在内爱因斯坦把伽利略的力学相对性原理推广到了电磁物理规律和一切其他规律，成为第一个到了电磁物理规律和一切其他规律，成为第一个公设公设(2)光速不变原理：在所有相对光源静止或做匀光速不变原
23、理：在所有相对光源静止或做匀速直线运动的惯性系中观察，真空中的光速都相速直线运动的惯性系中观察，真空中的光速都相同，与光源的运动和观察者的运动没有关系这同，与光源的运动和观察者的运动没有关系这一条公设使我们看到一幅与传统观念截然不同的一条公设使我们看到一幅与传统观念截然不同的物理图像设想从一点光源发出一光脉冲，如人物理图像设想从一点光源发出一光脉冲，如人从光源在其中保持静止的参考系中观察，波前为从光源在其中保持静止的参考系中观察，波前为以光源为中心的球面；如从相对于光源做匀速直以光源为中心的球面；如从相对于光源做匀速直线运动的另一参考系观察，波前将同样是以光源线运动的另一参考系观察，波前将同样
24、是以光源为中心的球面这预示着与伽利略变换不同的时为中心的球面这预示着与伽利略变换不同的时空观空观即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3关关于于狭狭义义相相对对论论的的两两个个基基本本公公设设，下下列列说说法法中中正确的是正确的是()A物物体体的的位位移移、速速度度具具有有相相对对性性，所所以以在在不不同同惯性系中，它们所遵循的物理规律不同惯性系中，它们所遵循的物理规律不同B在在惯惯性性参参考考系系中中可可以以通通过过实实验验的的方方法法证证实实该该系统是静止的还是匀速运动的系统是静止的还是匀速运动的C选不同的惯性参考系，光的传播速度不同选不同的惯性参考系，光的传播速度不同D
25、以上说法都不正确以上说法都不正确解析：解析：选选D.根据狭义相对论的两个基本公设可根据狭义相对论的两个基本公设可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故是相同的，故A错；在惯性参考系中无法通过错；在惯性参考系中无法通过实验的方法确定这一系统本身的运动情况，故实验的方法确定这一系统本身的运动情况，故B错；真空中的光速在不同的惯性参考系中都错；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故是相同的，故C错，正确答案为错，正确答案为D.课堂互动讲练课堂互动讲练对牛顿第二定律受参考系限制的认识对牛顿第二定律受参考系限制的认识类型一类型一例例例例1 1
26、如如图611所示，在列所示，在列车车厢的光滑水平的光滑水平面上有一个面上有一个质量量为m5 kg的小球，正随的小球，正随车厢一起一起以以20 m/s的速度匀速前的速度匀速前进现在在给小球一个水平小球一个水平向前的向前的F5 N的拉力作用，求的拉力作用，求经过10 s时，车厢里的里的观察者和地面上的察者和地面上的观察者看到小球的速度分察者看到小球的速度分别是多少？是多少？图611【答案答案】10 m/s30 m/s【方法总结方法总结】在两个惯性系中，虽然观察到在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个是的结果并不相同，一个是10 m/s，另一个是，另一个是30 m/s，但我们却应用了同样的运
27、动规律和，但我们却应用了同样的运动规律和速度合成法则也就是说，力学规律在任何惯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性系中都是相同的狭义相对论原理的应用狭义相对论原理的应用类型二类型二例例例例2 2火箭以火箭以0.75 c的速度离开地球，从火箭上的速度离开地球，从火箭上向地球向地球发射一个光信号火箭上射一个光信号火箭上测得光离开的得光离开的速度是速度是c，根据，根据过去熟悉的速度合成法去熟悉的速度合成法则，光到，光到达地球达地球时测得的光速是多少？根据狭得的光速是多少？根据狭义相相对论原理，原理，测得的光速是多少呢？得的光速是多少呢？【精精讲讲精精析析】根根据据过过去去熟熟悉悉
28、的的速速度度合合成成法法则则，光相对于地球的速度是光相对于地球的速度是vc0.75 c0.25 c.根根据据狭狭义义相相对对论论原原理理，光光速速与与光光源源、观观测测者者之之间间的相对运动没有关系，光速仍为的相对运动没有关系，光速仍为c.【答案答案】0.25 cc【方法总结方法总结】在一切惯性系中，光在真空中传在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于播的速度都等于c，跟光源的运动情况无关此公，跟光源的运动情况无关此公设与经典物理学中的速度合成法则相矛盾设与经典物理学中的速度合成法则相矛盾本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进入入课件目件目录按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用
