物理 第5章 新時(shí)空觀的確立 5.1 電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問(wèn)題 5.2 狹義相對(duì)論的基本原理同步備課 滬科版選修3-4

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1、第5章5.1 電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問(wèn)題5.2 狹義相對(duì)論的基本原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解伽利略相對(duì)性原理.2.了解狹義相對(duì)論的兩條基本公設(shè).3.由伽利略變換和洛倫茲變換體會(huì)經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀和狹義相對(duì)論的時(shí)空觀的不同.4.了解同時(shí)的相對(duì)性和相對(duì)論速度變換公式.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)自主預(yù)習(xí)梳理1.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，光在任何方向上傳播時(shí)，相對(duì)于地球的速度都是 的.即光速c是 的.2.伽利略相對(duì)性原理：對(duì)于 規(guī)律來(lái)說(shuō)，一切慣性系都是等價(jià)的.3.狹義相對(duì)論的兩條公設(shè)為：愛因斯坦 原理和光速 原理.4.同時(shí)的相對(duì)性經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為同時(shí)是 的，與參考系無(wú)關(guān)，狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為

2、同時(shí)是 的，即在一個(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)慣性系中不一定是 的.不變相同力學(xué)不變相對(duì)相對(duì)性同時(shí)絕對(duì)5.相對(duì)論速度變換公式若高速運(yùn)動(dòng)的飛船相對(duì)于地球的速度為v，飛船上的某物體以速度u沿著飛船前進(jìn)的方向相對(duì)飛船運(yùn)動(dòng)，那么物體相對(duì)于地球的速度u .重點(diǎn)知識(shí)探究一、電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問(wèn)題導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.舉例說(shuō)明電磁場(chǎng)理論與經(jīng)典物理學(xué)存在著尖銳的矛盾.答案答案答案一輛車對(duì)地做勻速直線運(yùn)動(dòng)速度為v，若自車廂后壁發(fā)出一個(gè)閃光，按照經(jīng)典物理速度合成公式，這個(gè)閃光對(duì)地的速度為Vcv.但電磁場(chǎng)理論中光在真空中的傳播速度為c，并不涉及參考系問(wèn)題.2.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？答案答案答

3、案說(shuō)明光速c是不變的.1.按經(jīng)典物理速度合成公式，一個(gè)人在相對(duì)地面以速度v運(yùn)動(dòng)的車或船上，向前進(jìn)方向擲出一個(gè)相對(duì)于自己以速度u運(yùn)動(dòng)的球，則球相對(duì)地面的速度應(yīng)為Vuv.2.對(duì)光的傳播應(yīng)用了經(jīng)典的物理速度合成公式后，得出的結(jié)果與電磁場(chǎng)理論中“光在真空中的傳播速度為c”產(chǎn)生了矛盾.即經(jīng)典的速度合成公式對(duì)電磁學(xué)不適用.3.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：光在任何方向上傳播時(shí)，相對(duì)地球的速度都是相同的.也就是說(shuō)，地球相對(duì)于“以太”的速度v實(shí)際上為零，或者說(shuō)“以太”根本不存在.光速c是不變的.4.伽利略相對(duì)性原理：對(duì)于力學(xué)規(guī)律來(lái)說(shuō)，一切慣性系都是等價(jià)的.知識(shí)深化知識(shí)深化例例1 如圖1所示，在列車車廂的光滑水平底面上

4、有一個(gè)質(zhì)量為m5 kg的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn).現(xiàn)在給小球一個(gè)水平向前的F5 N的拉力作用，求經(jīng)10 s時(shí)，車廂里的觀察者和地面上的觀察者看到小球的速度分別是多少？答案答案10 m/s30 m/s圖1解析答案解析解析對(duì)車廂里的觀察者物體的初速度為0，加速度a 1 m/s2經(jīng)10 s時(shí)，速度v1at10 m/s.對(duì)地面上的觀察者解法一物體初速度v020 m/s加速度相同a 1 m/s2經(jīng)10 s時(shí)，速度v2v0at30 m/s.解法二根據(jù)速度合成法則v2v1v0(1020)m/s30 m/s.二、狹義相對(duì)論的兩條公設(shè)導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.在伽利略變換中，時(shí)間和空間是否有關(guān)系

5、，它們與物體的運(yùn)動(dòng)有無(wú)關(guān)系？答案答案答案時(shí)間和空間是分離的.時(shí)間尺度和空間尺度跟物體運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，都是絕對(duì)的.2.面對(duì)電磁場(chǎng)理論與經(jīng)典物理學(xué)之間出現(xiàn)的矛盾，愛因斯坦對(duì)時(shí)間和空間又是怎樣理解的？答案答案答案愛因斯坦認(rèn)為，空間和時(shí)間在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，空間和時(shí)間不是分離的.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本公設(shè)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本公設(shè)1.愛因斯坦相對(duì)性原理：在所有相互做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中，物理規(guī)律都是相同的.2.光速不變?cè)恚涸谒邢嗷プ鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中，光在真空中的速度都是相等的.知識(shí)深化知識(shí)深化例例2 考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)如圖2所示，參考系O相對(duì)于參考系O靜止時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？答案答

6、案c圖2解析答案解析解析光速不變?cè)碇傅氖钦婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的.故三種情況下人看到的光速都是c.(2)參考系O相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？答案答案c答案(3)參考系O相對(duì)于參考系O以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速又是多少？答案答案c如圖3所示，一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照亮了車廂的前壁和后壁.車上的人觀察到閃光同時(shí)照亮了前后壁嗎？地上的人怎么認(rèn)為？答案三、洛倫茲變換、同時(shí)的相對(duì)性圖3答案答案車上的人認(rèn)為閃光同時(shí)照亮了前后壁，地上的人認(rèn)為先照亮后壁.1.洛倫茲變換洛倫茲變換知識(shí)深化知識(shí)深化2.同時(shí)的相對(duì)性

7、同時(shí)的相對(duì)性(1)經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為：如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)發(fā)生的，那么在另一個(gè)參考系中觀察也一定是同時(shí)發(fā)生的.即同時(shí)是絕對(duì)的，與所在的慣性參考系無(wú)關(guān).(2)狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為：同時(shí)是相對(duì)的，即在一個(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)慣性系中不一定是同時(shí)的，跟觀察者所選取的參考系有關(guān).你能夠在vc時(shí)，由洛倫茲變換得到伽利略變換嗎？延伸思考延伸思考答案例例3 如圖4所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的觀測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是A.同時(shí)被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮 D.無(wú)法判斷圖

8、4解析答案解析解析列車上的觀察者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過(guò)A和C反射的光，由于列車在這段時(shí)間內(nèi)向C運(yùn)動(dòng)，靠近C而遠(yuǎn)離A，所以列車上的觀察者看到C先被照亮，故只有C正確.一列火車正以v50 m/s的速度高速行駛，列車內(nèi)一乘客以相對(duì)列車u5 m/s的速度向前跑，站臺(tái)上的觀察者測(cè)得該乘客的速度是uvu55 m/s.若列車的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站臺(tái)上的觀察者測(cè)得該乘客的速度為0.9c0.5c1.4c嗎？答案四、相對(duì)論速度變換公式答案答案不是導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究相對(duì)論速度變換公式相對(duì)論速度變換公式1.公式：設(shè)高速行駛的火車的速度為v，車上的人相對(duì)火車以速度u運(yùn)動(dòng)，人相對(duì)地面的速度為u，則知

9、識(shí)深化知識(shí)深化2.結(jié)論：光速c是物體運(yùn)動(dòng)速度的極限，且相對(duì)任何參考系，光速都是不變的.3.理解：若vc，uc時(shí)，可忽略不計(jì)，即1 1，相對(duì)論速度合成公式可近似變?yōu)閡vu.例例4 地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5108 m/s從他身邊飛過(guò)，另一飛船B以速度2.0108 m/s跟隨A飛行.求：(1)A上的乘客看到B的相對(duì)速度；答案答案1.125108 m/s解析解析A上的乘客看地面上的人以2.5108 m/s向后運(yùn)動(dòng).地面上的人看B以2.0108 m/s向前運(yùn)動(dòng)，則A上的乘客看到B的相對(duì)速度為 108 m/s1.125108 m/s.解析答案(2)B上的乘客看到A的相對(duì)速度.答案答案1.1

10、25108 m/s解析解析B上的乘客看到A的相對(duì)速度為1.125108 m/s.解析答案課堂要點(diǎn)小結(jié)課堂要點(diǎn)小結(jié)當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.通常我們把地球和相對(duì)于地面靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的參考系看成慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則其中屬于非慣性系的有A.停在地面上的汽車B.繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船C.在大海上勻速直線航行的輪船D.以較大速度勻速運(yùn)動(dòng)的磁懸浮列車解析答案解析解析由慣性系和非慣性系的概念可知選B.12342.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.狹義相對(duì)論只涉

11、及無(wú)加速度運(yùn)動(dòng)的慣性系D.狹義相對(duì)論任何情況下都適用解析解析由狹義相對(duì)論原理可知D錯(cuò)誤.解析答案12343.(多選)下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀，正確的是A.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中，同時(shí)是絕對(duì)的，即在一個(gè)參考系中的觀察者在某 一時(shí)刻觀察到的兩個(gè)事件，對(duì)另一參考系中的觀察者來(lái)說(shuō)也是同時(shí)發(fā)生的B.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中，時(shí)間間隔是絕對(duì)的，即任何事件(或物體的運(yùn)動(dòng))所經(jīng)歷的時(shí)間，在不同的參考系中測(cè)量都是相同的，而與參考系的選取無(wú)關(guān)C.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中，空間距離是絕對(duì)的，即如果各個(gè)參考系中用來(lái) 測(cè)量長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點(diǎn)距離是絕對(duì)不變的量值，而與參考 系的選取無(wú)關(guān)D.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀就是一個(gè)絕對(duì)的時(shí)空觀，時(shí)間、空間與物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)解析答案解析解析由經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀內(nèi)容可知A、B、C、D正確.12344.設(shè)想有一艘飛船以v0.8c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿其運(yùn)動(dòng)方向拋出一物體，該物體相對(duì)于飛船的速度為0.9c，從地面上的人看來(lái)，物體的速度為A.1.7c B.0.1c C.0.99c D.無(wú)法確定解析答案12341234