5.2经典时空观与相对论时空观课件(粤教版必修2)

学案2学案2经典时空观与相对论时空观[学习目标定位]1.了解伽利略相对性原理，知道时空观与参考系的联系.2.了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因.3.了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2知识·储备区1．时间：两个之间的间隔，经典力学认为时间是的，与外界事物无关．2．参考系用来选做参考的、假定不动的物体，在经典力学中，凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系．时刻绝对本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案23．绝对时空观的特点是：时间和空间是的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是的．4．狭义相对论的两个基本假设(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．这个假设通常叫做相对性原理．(2)不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．知识·储备区分离绝对本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2一、经典时空观[要点提炼]1．惯性参考系与非惯性考系(1)惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系称为惯性参考系．(2)非惯性参考系：凡是牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系．(3)所有相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系．相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系．学习·探究区本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案22．伽利略相对性原理对于所有的惯性系，力学规律都是相同的．或者说，一切惯性系都是等效的．3．经典时空观(绝对时空观)(1)绝对时空观：经典力学的时空观．观点：绝对真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关．绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变．(2)正确理解绝对时空观①时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的．学习·探究区本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2②经典力学的时空观认为，时间就其本质而言是永远均匀地流逝，与任何其他外界事物无关．空间就其本质而言是与外界任何事物无关，它从不运动，并且永远不变．(3)由绝对时空观得到的结论①同时的绝对性在一个参考系中的观察者在某一时刻观测到两个事件，对另一参考系中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观察者做匀速直线运动的状态无关．②时间间隔的绝对性任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系(或观察者)的运动无关．学习·探究区本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2③空间距离的绝对性如果各个惯性系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．学习·探究区本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2例1如图1所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m＝5kg的小球，正随车厢一起以20m/s的速度匀速前进．现给小球施加一个与车厢运动方向相同的F＝5N的拉力，求经过10s时，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？学习·探究区图1解析匀速运动的车厢和地面都是惯性系．对车厢里的观察者：物体的初速度：v0＝0，加速度a＝Fm＝1m/s2，10s时速度：v1＝at＝10m/s.本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2对地面上的观察者：解法一物体初速度v0′＝20m/s，加速度相同：a＝Fm＝1m/s2，10s时速度：v2＝v0′＋at＝30m/s.学习·探究区解法二根据速度合成法则，v2＝v1＋v0′＝(10＋20)m/s＝30m/s.答案10m/s30m/s点评(1)经典力学的时空观认为时间与空间是相互独立的，并且与物质的存在及运动无关；(2)伽利略相对性原理：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．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2二、相对论时空观[要点提炼]1．狭义相对论的两条基本假设(1)两条基本假设的内容①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：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．(2)对两条基本假设的理解①物体的位移、速度以及电场强度、磁感应强度等物理量有可能因为所选惯性参考系的不同而不同，但是它们所遵从的物理规律却是相同的．也就是说，在一切惯性参考系中物理规律的数学形式完全相同．学习·探究区本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2②此假设与绝对时空观是矛盾的．爱因斯坦由此提出了新的时空观，即时间不能绝对定义，时间与速度有关．爱因斯坦的两条基本假设只涉及无加速运动的惯性系，由此建立的相对论通常叫做狭义相对论．学习·探究区本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案22．狭义相对论的几个结论(1)“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是的．(2)运动的时钟变慢：时钟相对于观察者时，走得快；相对于观察者时,走得慢．运动速度越快，效果越明显．(3)运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者时，它的长度测量值最大；相对于观察者时，观察者在方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩的越.(4)物体质量随速度的而增大．学习·探究区不同时静止运动静止运动运动短增加本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2例2地面上A、B两个事件同时发生．如图2所示，对于坐在火箭上沿两个事件发生地点AB连线飞行的人来说，哪个事件先发生？图2学习·探究区解析以地面为参考系，A、B两个事件同时发生，即如在A、B连线中点C放一时钟，将同时接收到来自A、B的信号．设想该时钟以与火箭相同的速度飞行，则先接收到来自B的信号，后接收到来自A的信号，即以火箭(或火箭上的人)为参考系，B事件先发生．答案B事件先发生本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2例3(单选)如图3所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC.对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是()A．时钟A走得最慢B．时钟B走得最慢C．时钟C走得最慢D．时钟C走得最快学习·探究区图3解析根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢．C本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案2伽利略相对性原理——一切惯性系都是等效的经典时空观同时的绝对性时间的绝对性空间的绝对性狭义相对论相对性原理光速不变原理相对论时空观钟慢效应尺缩效应质速关系学习·探究区经典时空观与相对论时空观本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案21．(单选)1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是()A．同时的绝对性和同时的相对性B．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D．相对性原理与光速不变原理自我·检测区D本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案22．(单选)日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是()A．运动中物体的质量无法称量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体的质量太大D．物体的质量不随速度的变化而变化自我·检测区B本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区学案23．(单选)一列火车以接近光速从我们身边飞驶而过，我们会感到车厢、车窗变窄了，而车厢、车窗的高度并没有变化，那么车厢内的人看路旁的电线杆间距将会()A．变窄B．变宽C．不变D．都有可能自我·检测区解析火车相对地面以接近光速向前飞驶，如果以火车为参考系，地面向后飞驶，根据尺缩效应知电线杆间距变窄．A本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区