1牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性-3狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)時(shí)間、長(zhǎng)度的相對(duì)性學(xué)案2020年教科

1、6.1牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性63狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)時(shí)間、長(zhǎng)度的相對(duì)性學(xué)案（2020年教科版高中物理選修3-4）1牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性2狹義相 對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)3時(shí)間時(shí)間.長(zhǎng) 度的相對(duì)性長(zhǎng)度的相對(duì)性學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念1. 了解牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性.2. 了解伽利略相對(duì)性原理.3. 了解狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè).4. 了解狹義相對(duì)論的幾個(gè)主要結(jié) 論.5. 了解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的重要區(qū)別.科學(xué)思維會(huì)應(yīng) 用相對(duì)論的幾個(gè)主要結(jié)論進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任體會(huì)相 對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響.一. 牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性1.

2、伽利略相對(duì)性原理在任何慣性參考系中，力學(xué)的規(guī)律都是 一樣的.2. 經(jīng)典時(shí)空觀經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)而存在 的，是絕對(duì)的，時(shí)間和空間是相互獨(dú)立.互不相關(guān)的.3. 伽利略速度變換若車廂相對(duì)地面以速率u向前行駛，車廂 內(nèi)人相對(duì)車廂以速率V向前跑，則人對(duì)地面的速率為VUV；若人向 后跑，相對(duì)地面的速率為VUV.二. 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)1. 愛因斯坦相對(duì)性原理對(duì)不同的慣性系，物理規(guī)律包括力學(xué) 的和電磁的都是一樣的.2. 光速不變?cè)砉庠谡婵罩羞\(yùn)動(dòng)的速度在任何慣性系中測(cè)得 的數(shù)值都是相同的.三. 時(shí)間.長(zhǎng)度的相對(duì)性1. 同時(shí)的相對(duì)性在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè) 事件，在另一個(gè)慣

3、性系中觀察時(shí)1經(jīng)典的時(shí)空觀認(rèn)為一定填“一 定”或“不一定”是同時(shí)發(fā)生的.2狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為不一 定填“一定”或“不一定”是同時(shí)發(fā)生的.2. 時(shí)間間隔的相對(duì)性1經(jīng)典的時(shí)空觀某兩個(gè)事件，在不同的 慣性系中觀察，它們的時(shí)間間隔總是相同的.2狹義相對(duì)論認(rèn)為“動(dòng)鐘變慢”時(shí)間間隔的相對(duì)性公式0Iu2c2,也就是說(shuō)，在相對(duì) 運(yùn)動(dòng)的參考系中觀測(cè)，事件變化過程的時(shí)間間隔變大了，這叫做 狹義相對(duì)論中的時(shí)間膨脹.3. 長(zhǎng)度的相對(duì)性動(dòng)棒縮短效應(yīng)1經(jīng)典的時(shí)空觀一條桿的長(zhǎng)度 不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同.2狹義相對(duì)論認(rèn)為“動(dòng)棒縮短”狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式1101u2c2,但垂直于桿的 運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度

4、不變.4. 相對(duì)論時(shí)空觀時(shí)間和空間的量度與物體的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，是相 對(duì)的.判斷下列說(shuō)法的正誤.1 一根桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與 桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同，這是經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn).2 根桿的長(zhǎng)度靜 止時(shí)為10,不管桿如何運(yùn)動(dòng)，桿的長(zhǎng)度均小于10.3“動(dòng)鐘變慢” 是時(shí)鐘的精度因運(yùn)動(dòng)而發(fā)生了變化.4高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員 發(fā)現(xiàn)地面的時(shí)鐘變慢了.一.伽利略相對(duì)性原理與狹義相對(duì)論1. 如圖所示，小球相對(duì)于參考系0以速度vO向右拋出，人相 對(duì)于參考系0靜止，當(dāng)參考系（）分別相對(duì)于參考系0靜止.以速度 v向右運(yùn)動(dòng)和以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人觀察到小球的速度分別為多 大答案分別為vO. vOv. vOv2. 如圖所示，

5、光源相對(duì)于參考系0靜止，人相對(duì)于參考系0 靜止，當(dāng)參考系0分別相對(duì)于參考系0靜止.以速度v向右運(yùn)動(dòng)和 以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人觀察到的光源發(fā)出光的傳播速度分別為 多大答案人觀察到的光速都是c1. 慣性系與非慣性系的確定我們通常選取大地為慣性系，相 對(duì)于地面靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)的物體都是慣性系，相對(duì)于地面做變 速運(yùn)動(dòng)的物體都是非慣性系.2. 光的傳播速度與慣性系的選取無(wú)關(guān).在任何情況下，真空中 的光速都是c.例1關(guān)于狹義相對(duì)論，下列說(shuō)法不正確的是A. 狹義相對(duì)論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都 是相同的B. 狹義相對(duì)論認(rèn)為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等 于c,與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)C. 狹義相

6、對(duì)論只涉及無(wú)加速運(yùn)動(dòng)的慣性系D. 狹義相對(duì)論任何情況下都適用答案D解析根據(jù)狹義相對(duì)論 的基本假設(shè)可知，選項(xiàng)A. B正確；狹義相對(duì)論只涉及慣性參考系，不涉及非慣性參考 系，選項(xiàng)D錯(cuò)誤，C正確.針對(duì)訓(xùn)練xx攀枝花市高二檢測(cè)關(guān)于愛因 斯坦認(rèn)為的空間和時(shí)間關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是A. 時(shí)間和空間是分離的，即絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間B. 時(shí)間和空間與物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)C. 時(shí)間和空間在本質(zhì)上是統(tǒng)一的D. 時(shí)間是相對(duì)的，空間是絕對(duì)的答案C解析愛因斯坦認(rèn)為時(shí) 間和空間在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，時(shí)間和空間不是分離的，它們都是 相對(duì)的，故C項(xiàng)正確.二.時(shí)間和空間的相對(duì)性如圖所示，一列車以速度v經(jīng)過站 臺(tái)，站臺(tái)中部的觀察者C看到列

7、車車頭正好到達(dá)站臺(tái)最右端的A 人時(shí)，車尾正好到達(dá)站臺(tái)最左端的B人.1若此時(shí)站臺(tái)上的觀察者 C看到A. B兩人同時(shí)面向列車舉起手中的小紅旗，那么站在列車中點(diǎn) 的觀察者C看到A. B兩人是同時(shí)舉旗的嗎如果不是同時(shí)舉旗，他會(huì)看到哪個(gè)人 先舉旗2站臺(tái)上的觀察者C看到列車長(zhǎng)度剛好和站臺(tái)長(zhǎng)度相同， 列車上的觀察者C認(rèn)為列車長(zhǎng)度和站臺(tái)長(zhǎng)度相同嗎如果不相同， 他認(rèn)為列車長(zhǎng)還是站臺(tái)長(zhǎng)3假定列車上的觀察者C舉起小紅旗向 站臺(tái)上的A. B兩人揮動(dòng)致意，他認(rèn)為自己從舉起小紅旗到放下小紅旗的 時(shí)間為t,站臺(tái)上的觀察者C觀察到他舉旗的時(shí)間也為t嗎如果不 是t,他認(rèn)為這個(gè)時(shí)間比t長(zhǎng)還是短答案1不是同時(shí)舉旗，他看到 A人先舉

8、旗2列車長(zhǎng)度和站臺(tái)長(zhǎng)度不相同，他認(rèn)為列車長(zhǎng)3不是 t,他認(rèn)為這個(gè)時(shí)間比t長(zhǎng)1. “動(dòng)鐘變慢”時(shí)間間隔的相對(duì)性公式0Iu2c2中，0是相對(duì) 事件發(fā)生地靜止的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間 隔，而是相對(duì)于事件發(fā)生地以速度u高速運(yùn)動(dòng)的觀察者測(cè)量同一 地點(diǎn)的同樣兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔.2. “動(dòng)尺變短”狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式1101u2c2中，10是 相對(duì)于桿靜止的觀察者測(cè)出的桿的長(zhǎng)度，而1是桿沿自己的長(zhǎng)度 方向以速度u高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜止的觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度.3. 分析時(shí)間間隔和長(zhǎng)度變化時(shí)應(yīng)注意的問題1時(shí)間間隔.長(zhǎng)度 的變化，都是由于物質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的一種觀測(cè)效應(yīng)，它與所 選取的參考系有關(guān)，物

9、質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)并沒有變化.2兩個(gè)事件的時(shí) 間間隔和物體的長(zhǎng)度，必須與所選取的參考系相聯(lián)系，在沒有選 取參考系的情況下討論時(shí)間的長(zhǎng)短及空間的尺寸，是沒有任何意 義的.例2多選xx江蘇單科接近光速飛行的飛船和地球上各有一 只相同的鋰原子鐘，飛船和地球上的人觀測(cè)這兩只鐘的快慢，下 列說(shuō)法正確的有A. 飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快B. 飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢C. 地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快D. 地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較慢答案AC解析由狹義相對(duì) 論“動(dòng)鐘變慢”原理可知，飛船上的人認(rèn)為地球上的鐘是運(yùn)動(dòng) 的，而飛船上的鐘是靜止的，所以飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘 較快，地球上的鐘較慢，A正確，

10、B錯(cuò)誤；地球上的人認(rèn)為地球上 的鐘是靜止的，而飛船上的鐘是運(yùn)動(dòng)的，所以地球上的人認(rèn)為飛 船上的鐘較慢，地球上的鐘較快，C正確，D錯(cuò)誤.例3地面上長(zhǎng) 100km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30km/s的速度掠過，則 火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)度應(yīng)該為多少如果火箭的速度達(dá)到 0.6c,則火箭上的人看到的鐵路的長(zhǎng)度又是多少答案100km80km 解析當(dāng)火箭速度較低時(shí)，長(zhǎng)度基本不變，還是100km.當(dāng)火箭的速 度達(dá)到0.6c時(shí)，由相對(duì)論長(zhǎng)度公式1101u2c2,代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解 得 110010. 62km80km.學(xué)科素養(yǎng)例2. 例3考查了學(xué)生對(duì)時(shí)間和空間的相對(duì)性的了解程度，體現(xiàn) 了 “物理觀念”的學(xué)

11、科素養(yǎng).又通過題目中的相對(duì)論效應(yīng)，讓學(xué)生 體會(huì)到相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響，體現(xiàn)了 “科學(xué)態(tài)度 與責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng).1.伽利略相對(duì)性原理以下說(shuō)法中正確的是A. 經(jīng)典物理中的速度合成公式在任何情況下都是適用的B. 經(jīng)典物理規(guī)律也適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體C. 力學(xué)規(guī)律在一個(gè)靜止的參考系和一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的參考系中 是不等價(jià)的D. 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系里都是等價(jià)的答案D解析在所有慣 性系中，一切力學(xué)規(guī)律都是等價(jià)的，故D正確，C錯(cuò)誤；經(jīng)典物理 規(guī)律是狹義相對(duì)論在低速狀態(tài)下的一個(gè)近似，所以經(jīng)典物理規(guī)律 只適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體，而經(jīng)典物理中的速度合成公式也只適 用于低速情況，故A.B均錯(cuò)誤.2. 狹義相對(duì)論

12、多選下面說(shuō)法正確的是A. 在以11000c豎直方向升空的火箭上向前發(fā)出的光，對(duì)地速 度一定比c大B. 在以11000c豎直方向升空的火箭上向后發(fā)出的光，對(duì)地速 度一定比c小C. 在以11000c豎直方向升空的火箭上沿水平方向發(fā)出的光對(duì) 地速度為cD. 在以11000c豎直方向升空的火箭上向任一方向發(fā)出的光對(duì) 地速度都為c答案CD解析根據(jù)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)光速不變?cè)?理可知真空中的光速相對(duì)于火箭的速度為c,相對(duì)于地面的速度也 為c,即對(duì)不同的慣性參考系光速是相同的，因此C. D正確，A.B錯(cuò)誤.3. 空間的相對(duì)性慣性系S中有一邊長(zhǎng)為1的正方形如圖1所 示.從相對(duì)S系沿x軸方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測(cè)得此 正方形的圖形是圖1答案C解析從相對(duì)S系沿x軸方向以接近光 速勻速飛行的飛行器上觀察S系中的正方形，根據(jù)相對(duì)論效應(yīng)可 知，沿x軸方向正方形的邊長(zhǎng)縮短，而沿y軸方向正方形邊長(zhǎng)沒 有改變，則其形狀變成長(zhǎng)方形，故C正確，A.B. D錯(cuò)誤.4. 時(shí)間的相對(duì)性如圖2所示，A.B. C是三