人教版選修34 時間和空間的相對性 第1課時 教案.docx

152時間和空間的相對性教學(xué)目標(biāo)一、知識與技能：（1）同時的相對性（2）運動長度的收縮（3）時間間隔的相對（4）了解時空相對性的驗證（5）了解相對論時空觀與經(jīng)典物理時空觀的主要區(qū)別二、過程與方法：（1）理解同時相對性的推演過程（2）理解從“同時相對性”出發(fā)得出“運動長度和時間間隔的相對性”的過程三、情感態(tài)度和價值觀：（1）體會相對論嶄新的時空觀，體會相對論的建立對人類認(rèn)識世界的影響。（2）辯證地看待經(jīng)典物理理論教學(xué)重點、難點從“同時”的相對性得出運動長度和時間間隔的相對性教學(xué)方法閱讀小結(jié)教學(xué)手段多媒體課件教學(xué)活動一、“同時”的相對性知道“同時”的相對性是相對論兩個假設(shè)的直接推論。講解過程中要強調(diào)理解的出發(fā)點必須是兩個假設(shè)，否則無法理解。 兩種情景中點發(fā)光 情況1：對于運動的火車上同時發(fā)生的兩個事件，對于地面就不是同時的車上的觀察者認(rèn)為光同時到達(dá)車廂的前后兩壁 站臺上的觀察者認(rèn)為光先到車廂后壁后到前壁講解關(guān)鍵：在各個參考系中光速都為c 情況2：地面 上同時發(fā)生的兩個事件，對于運動的火車也不是同時的利用相對運動原理，可假設(shè)車靜人動 ，人和地面相當(dāng)于火車，結(jié)果與前面相似讓學(xué)生自己分析課本上的“思考與討論”二、長度的相對性1、要讓學(xué)生知道長度的相對性(動尺縮短)，是“同時”的相對性帶來的一個普遍的時空屬性，它與物體的具體組成和結(jié)構(gòu)無關(guān)，當(dāng)物體運動速度越接近光速，這種收縮效應(yīng)就變得越顯著。2、要講清利用嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得到洛倫茲變換的相對論長度收縮公式。3、要讓學(xué)生理解長度收縮公式的物理意義，必須注意參考系的選擇及參考系的運動狀態(tài)。三、時間間隔的相對性 教學(xué)時要分析清楚“動鐘變慢”與同時的相對性的聯(lián)系，使學(xué)生知道運動的鐘變慢是同時的相對性帶來的時空屬性。 時間間隔的相對性可以通過長度的相對性的一些簡單例子加以說明。要講清“動鐘變慢”(或時間膨脹)是兩個不同慣性系進(jìn)行時間比較的一種效應(yīng)，不要誤認(rèn)為是時鐘的結(jié)構(gòu)或精度因運動而發(fā)生了變化。教學(xué)中特別指出，運動時鐘變慢完全是相對的，由于兩個慣性參考系是平權(quán)的，在它們上面的觀測者都將發(fā)現(xiàn)對方的鐘變慢了。四、時空相對性的驗證根據(jù)相對論，時間在運動中會進(jìn)行的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動的時鐘，比固定于地面上的時鐘走得慢早在1941年，科學(xué)家通過對宇宙線的觀測證實了相對論的結(jié)論，美國科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計了宇宙線中子的數(shù)量，結(jié)果與相對論預(yù)言完全一致1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對照實驗結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好這是相對論的第一次宏觀驗證五、相對論的時空觀牛頓物理學(xué)的絕對時空觀：物理學(xué)的空間與時間是絕對分離沒有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而單獨存在，與物質(zhì)的運動無關(guān)。而相對論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時間和空間，空間和時間與物體的運動狀態(tài)有關(guān)。人類對于空間、時間更進(jìn)一步的認(rèn)識而形成的新的時空觀，是建立在新的實驗事實和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展、不斷完善起來的。六、小結(jié) 見板書七、課堂練習(xí)：1(多選)關(guān)于狹義相對論的兩個假設(shè)，下列說法正確的是()a在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的b在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣c真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的d真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的解析：選ac狹義相對論的兩個基本假設(shè)分別是愛因斯坦相對性原理和光速不變原理。選項a、c正確。2(多選)如果牛頓運動定律在參考系a中成立，而參考系b相對于a做勻速直線運動，則在參考系b中()a牛頓運動定律也同樣成立b牛頓運動定律不能成立ca和b兩個參考系中，一切物理定律都是相同的d參考系b也是慣性參考系解析：選acd參考系a是慣性參考系，而參考系b相對于a做勻速直線運動，因而參考系b也是慣性參考系，d正確；根據(jù)狹義相對論知，在不同的慣性參考系中一切物理定律都是相同的，a、c正確，b錯誤。3慣性系s中有一邊長為l的正方形，如圖1所示。從相對s系沿x方向以接近光速飛行的飛行器上測得該正方形的圖像是()圖1解析：選c由相對論知識ll0得運動方向上的邊的邊長變短，垂直運動方向的邊長不變，c正確。4.話說有兄弟兩個,哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開地球去遨游太空,經(jīng)過一段時間返回地球,哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多,則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是()a.哥哥在太空中發(fā)生了基因突變,停止生長了b.弟弟思念哥哥而加速生長了c.由相對論可知,物體速度越大,在其上時間進(jìn)程就越慢,生理過程也越慢d.這是神話,科學(xué)無法解釋解析:根據(jù)相對論的時間延緩效應(yīng),當(dāng)飛船速度接近光速時,時間會變慢,時間延緩效應(yīng)對生命過程、化學(xué)反應(yīng)等也是成立的。飛船運行的速度越大,時間延緩效應(yīng)越明顯,人體新陳代謝越緩慢。答案:c5.根據(jù)你的理解，你認(rèn)為下列哪些觀點是正確的（ ）a.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨物體運動狀態(tài)而改變的b.以牛頓運動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)理論具有局限性，它只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界c.相對論與量子力學(xué)的出現(xiàn)否定了經(jīng)典力學(xué)理論d.伽利略的“自然數(shù)學(xué)化”的方法和牛頓的“歸納演繹法”是經(jīng)典力學(xué)方法的典型答案：abd6.一只長的標(biāo)尺以接近光速穿過一根幾米長的管子，它們的長度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測量的.以下哪種敘述最恰當(dāng)?shù)孛枋隽藰?biāo)尺穿過管子的情況( )a.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它b.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，標(biāo)尺從管子的兩端伸出來c.兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個位置，管子恰好遮住標(biāo)尺d.所有這些都與觀察者的運動情況有關(guān)解析：觀察者的運動情況不同，選取不同的慣性系，標(biāo)尺與管子的相對速度也不相同，觀察到的標(biāo)尺和管子的長度也不相同，所以選項d正確.答案：d作業(yè)：1.一只長的標(biāo)尺以相對論速度穿過一根幾米長的管子，它們的長度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測量的.以下哪種敘述最恰當(dāng)?shù)孛枋隽藰?biāo)尺穿過管子的情況（ )a.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它b.標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，標(biāo)尺從管子的兩端伸出來c.兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個位置，管子恰好遮住標(biāo)尺d.所有這些都與觀察者的運動情況有關(guān)思路解析：觀察者的運動情況不同，選取不同的慣性系，標(biāo)尺與管子的相對速度也不相同，觀察到的標(biāo)尺和管子的長度也不相同，所以選項d正確.答案：d2用狹義相對論的觀點判斷，下列說法中不正確的是()。a時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變b在地面上的人看來，以10 km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準(zhǔn)確的c在地面上的人看來，以10 km/s的速度運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些d當(dāng)物體運動的速度vc時，“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計答案：a按照狹義相對論的觀點，時間和空間都是相對的，a項錯誤；由可知，運動的時鐘變慢了，但飛船中的時鐘相對觀察者靜止，時鐘準(zhǔn)確，b項正確；由l可知，地面上的人看飛船和飛船上的人看地面上的人都沿運動方向長度減小，c項正確；當(dāng)vc時，“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計，故d項也正確。3a、b兩架飛機沿地面上一足球場的長度方向在其上空高速飛過，且vavb，在飛機上的人觀察結(jié)果正確的是()。aa飛機上的人觀察到足球場的長度比b飛機上的人觀察到的大ba飛機上的人觀察到足球場的寬度比b飛機上的人觀察到的小c兩飛機上的人觀察到足球場的長度相同d兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同答案：d因為當(dāng)一個慣性系的速度比較大時，根據(jù)l知，沿飛行方向長度減小，而且速度越大，長度越小，故a、c選項均錯誤；而垂直于運動方向上，寬度是不隨速度而變化的，因此b選項錯誤，d選項正確。4(對應(yīng)要點一)關(guān)于時間和空間，在學(xué)習(xí)狹義相對論后我們應(yīng)認(rèn)識到()a因為時間是絕對的，所以我們在不同的參考系中觀察到的時間進(jìn)程都是相同的b空間與時間之間是沒有聯(lián)系的c有物質(zhì)才有空間和時間d在一個確定的參考系中觀察，運動物體的空間距離和時間進(jìn)程跟物體的運動狀態(tài)有關(guān)解析：經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對的，空間與時間之間也是沒有聯(lián)系的，在相對論力學(xué)中，時間和空間是和物質(zhì)的運動相聯(lián)系的。只有在物質(zhì)存在時才有空間和時間的概念，時間和空間是相互聯(lián)系且是相對的。答案：cd5某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，如果希望把這路程縮短為3光年，則他所乘飛船相對地球的速度為()。a0.5cb0.6cc0.8c d0.9c6. 答案：c由l，且可得：v0.8c，故只有c項正確。6.下列幾種說法:(1)所有慣性系統(tǒng)對物理基本規(guī)律都是等價的。(2)在真空中,光的速度與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關(guān)。(3)在任何慣性系中,光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同。其中哪些是正確的()a.只有(1)(2)是正確的b.只有(1)(3)是正確的c.只有(2)(3)是正確的d.三種說法都是正確的解析:狹義相對論認(rèn)為:物體所具有的一些物理量可以因所選參考系的不同而不同,但它們在不同的參考系中所遵從的物理規(guī)律卻是相同的,即(1)(2)都是正確的。光速不變原理認(rèn)為:光在真空中沿任何方向的傳播速度都是相同的。答案:d7.(多選)下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時空觀,正確的是()a.經(jīng)典力學(xué)的時空觀中,同時是絕對的,即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件,對另一參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的b.在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中,時間間隔是絕對的,即任何事件(或物體的運動)所經(jīng)歷的時間,在不同的參考系中測量都是相同的,而與參考系的選取無關(guān)c.在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中,空間距離是絕對的,即如果各個參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同,那么空間兩點距離是絕對的不變的量值,而與參考系選取無關(guān)d.經(jīng)典力學(xué)的時空觀就是一個絕對的時空觀,時間與空間、物體的運動無關(guān)答案:abcd8.(多選)關(guān)于狹義相對論的兩個假設(shè),下列說法正確的是()a.在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的b.在不同的慣性參考系中,