【優(yōu)化方案】高中物理 第6章6.2 狹義相對(duì)論的基本原理課件 滬科必修2

6．2狹義相對(duì)論的基本原理

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課前自主學(xué)案知能優(yōu)化訓(xùn)練6.2課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道牛頓對(duì)物理學(xué)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)和經(jīng)典力學(xué)的重要?dú)v史地位．2．理解經(jīng)典力學(xué)方法論的意義和經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀．3．掌握狹義相對(duì)論基本原理的內(nèi)容及其意義．重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：1.經(jīng)典力學(xué)的重大成就和方法論的意義．2．相對(duì)論的基本原理的理解．難點(diǎn)：經(jīng)典力學(xué)的局限性及相對(duì)論基本原理提出的背景理解．課標(biāo)定位課前自主學(xué)案一、一座永垂不朽的紀(jì)念碑1．《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的產(chǎn)生：英國(guó)科學(xué)家________的代表作，成書于1686年．2．《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》介紹：全書共分兩個(gè)部分．第一部分是“定義和注釋”“運(yùn)動(dòng)的基本原理”．第二部分是定律的應(yīng)用，其內(nèi)容包括：萬(wàn)有引力定律和行星的運(yùn)動(dòng)；流體力學(xué)的開創(chuàng)性研究；天體力學(xué)和宇宙系統(tǒng)的開拓性研究(行星的運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，地面上的落體運(yùn)動(dòng)，拋體運(yùn)動(dòng)，彗星軌道，歲差以及潮汐現(xiàn)象等)．牛頓全書貫穿了牛頓和萊布尼茲分別獨(dú)立發(fā)明的數(shù)學(xué)方法——微積分．它在科學(xué)史上占有非常重要的地位，因?yàn)樗鼧?biāo)志著__________的建立．二、經(jīng)典力學(xué)的巨大成就1．把______運(yùn)動(dòng)與__________物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來了．2．由經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來了天體力學(xué)、材料力學(xué)．3．力學(xué)與熱學(xué)結(jié)合引發(fā)了__________工業(yè)革命．4．經(jīng)典力學(xué)是航天的理論基礎(chǔ)．經(jīng)典力學(xué)天體地上第一次三、經(jīng)典力學(xué)方法論的意義經(jīng)典力學(xué)的研究方法以伽利略和牛頓最為典型．伽利略：理想實(shí)驗(yàn)法．牛頓：歸納——演繹法，建立理論體系．四、經(jīng)典力學(xué)的局限性1．經(jīng)典力學(xué)對(duì)時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)(1)把一切自然現(xiàn)象都?xì)w結(jié)為______________．(2)把__________、__________割裂開來，認(rèn)為它們與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)．機(jī)械決定論時(shí)間空間2．經(jīng)典力學(xué)的適用范圍(1)只適用于_____速運(yùn)動(dòng)，不適用于___速運(yùn)動(dòng)．(2)只適用于_____世界，不適用于______世界．(3)只適用于弱引力環(huán)境，不適用于強(qiáng)引力環(huán)境．五、經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀1．概述：絕對(duì)的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無(wú)關(guān)，而永遠(yuǎn)相同和不動(dòng)的，絕對(duì)的時(shí)間自身在不停地流逝著．這就是經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀，也稱為_______時(shí)空觀．低高宏觀微觀絕對(duì)2．絕對(duì)時(shí)空觀的特點(diǎn)：時(shí)間和空間是______的，時(shí)間尺度和空間尺度與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，都是絕對(duì)的．六、狹義相對(duì)論的基本公設(shè)1．慣性系與非慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡(jiǎn)稱慣性系．如研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，地面就是慣性參考系，相對(duì)于地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系，也是慣性參考系．分離2．伽利略的相對(duì)性原理(1)概述：對(duì)于所有的慣性系，力學(xué)規(guī)律都是相同的，或者說一切慣性系都是等效的．(2)兩個(gè)要點(diǎn)：①如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系叫做慣性系，相對(duì)于一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系；②力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，或者說，任何慣性系都是等效的．3．兩條基本公設(shè)(1)________

原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是_______的．(2)_____________

原理：真空中的_______在不同的慣性參考系中都是________的．這是愛因斯坦在前人的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的假設(shè)，這兩個(gè)假設(shè)就是狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)．相對(duì)性相同光速不變光速相同核心要點(diǎn)突破一、經(jīng)典力力學(xué)的成就就與局限性性1．經(jīng)典力學(xué)學(xué)的研究方方法歸納比比較亞里士多德Aristotle前384～前322簡(jiǎn)介世界古代史上最偉大的古希臘哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家方法論以人的感覺經(jīng)驗(yàn)和邏輯理性來研究物體的運(yùn)動(dòng)意義開辟了探索自然界奧秘的一條新路——觀察科學(xué)成就提出力的合成概念，創(chuàng)建了視覺、色彩視覺等原始學(xué)說，嘗試從物質(zhì)本身來說明自然，把科學(xué)從宗教和神話中解放出來，推斷地球是一個(gè)球體伽利略Galilei1564～1642簡(jiǎn)介意大利物理學(xué)家，開創(chuàng)近代自然科學(xué)研究方法的第一位學(xué)者方法論觀察提問、合理假設(shè)、數(shù)學(xué)變換、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證意義提出了新的研究方法——數(shù)學(xué)推理和科學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)成就建立了擺的定律、慣性定律、自由落體定律，提出伽利略相對(duì)性原理，奠定了牛頓第一定律和第二定律的基本思想和經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，他的工作使物理學(xué)成為獨(dú)立的知識(shí)體系并從哲學(xué)中分化出來牛頓Newton1642～1727簡(jiǎn)介英國(guó)科學(xué)家，17世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠方法論重在分析與綜合、歸納與演繹，強(qiáng)調(diào)論證要用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證意義更為深刻地實(shí)現(xiàn)了科學(xué)方法的豐富、發(fā)展與變革科學(xué)成就澄清了力和運(yùn)動(dòng)的觀念，總結(jié)出萬(wàn)有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律，建立起完整的經(jīng)典力學(xué)體系，從伽利略時(shí)代以來一個(gè)世紀(jì)的物理學(xué)工作，在牛頓手里得到了綜合2.經(jīng)典力學(xué)的的成就(1)經(jīng)典力學(xué)的的建立標(biāo)志志著近代自自然科學(xué)的的誕生，它它把天上物物體和地上上物體的運(yùn)運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起起來，從力力學(xué)上證明明了自然界界的多樣性性的統(tǒng)一，，實(shí)現(xiàn)了人人類對(duì)自然然界認(rèn)識(shí)的的第一次理理論大綜合合．(2)經(jīng)典力學(xué)和和以經(jīng)典力力學(xué)為基礎(chǔ)礎(chǔ)發(fā)展起來來的天體力力學(xué)、材料料力學(xué)和結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)等等得到了廣廣泛的應(yīng)用用，并取得得了巨大的的成就.18世紀(jì)60年代，力學(xué)學(xué)和熱力學(xué)學(xué)的發(fā)展及及其與生產(chǎn)產(chǎn)相結(jié)合，，使機(jī)器和和蒸汽機(jī)得得到改進(jìn)和和推廣，引引發(fā)了第一一次工業(yè)革革命．由牛頓運(yùn)動(dòng)動(dòng)定律導(dǎo)出出的動(dòng)量守守恒定律、、機(jī)械能守守恒定律等等，是航空空航天技術(shù)術(shù)的理論基基礎(chǔ)，火箭箭、人造衛(wèi)衛(wèi)星、航天天飛機(jī)、宇宇宙飛船、、空間探測(cè)測(cè)器等航天天器的發(fā)射射，都是經(jīng)經(jīng)典力學(xué)規(guī)規(guī)律的具體體應(yīng)用．3．經(jīng)典力學(xué)學(xué)的局限性性(1)從低速到高高速日常生活中中見到的物物體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)，速度都都遠(yuǎn)小于光光速，經(jīng)典典力學(xué)完全全適用.20世紀(jì)初，著著名物理學(xué)學(xué)家愛因斯斯坦建立的的狹義相對(duì)對(duì)論闡述了了物體在以以接近光速速運(yùn)動(dòng)時(shí)所所遵從的規(guī)規(guī)律，得到到了一些不不同于經(jīng)典典力學(xué)的觀觀念和結(jié)論論．例如在經(jīng)典典力學(xué)中，，認(rèn)為質(zhì)量量是恒定不不變的，與與物體的速速度或能量量無(wú)關(guān)；但但相對(duì)論的的研究則表表明，物體體的質(zhì)量將將隨著運(yùn)動(dòng)動(dòng)速率的增增加而增大大，物體的的質(zhì)量和能能量之間存存在著密切切的聯(lián)系．．(2)從宏觀到微微觀19世紀(jì)和20世紀(jì)之交，，物理學(xué)又又有了三大大發(fā)現(xiàn)：X射線、電子子放射性的的發(fā)現(xiàn)，使使物理學(xué)的的研究由宏宏觀進(jìn)入微微觀領(lǐng)域．．發(fā)現(xiàn)的電電子、質(zhì)子子、中子等等微觀粒子子，不僅具具有波動(dòng)性性同時(shí)還具具有粒子性性，它們的的運(yùn)動(dòng)規(guī)律律在很多情情況下不能能用經(jīng)典力力學(xué)來說明明.20世紀(jì)，量子子力學(xué)的研研究表明，，微觀粒子子既表現(xiàn)為為粒子性又又表現(xiàn)為波波動(dòng)性，粒粒子的能量量等物理量量只能取分分立的數(shù)值值，粒子的的速度和位位置具有不不確定性，，粒子的狀狀態(tài)只能用用粒子在空空間出現(xiàn)的的概率來描描述．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，，小試牛刀刀)1．下列屬于于經(jīng)典力學(xué)學(xué)成就的有有()A．經(jīng)經(jīng)典典力力學(xué)學(xué)把把天天體體的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)與與地地上上物物體體的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)統(tǒng)統(tǒng)一一起起來來，，是是人人類類對(duì)對(duì)自自然然界界認(rèn)認(rèn)識(shí)識(shí)的的第第一一次次大大綜綜合合B．以以經(jīng)經(jīng)典典力力學(xué)學(xué)為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)發(fā)發(fā)展展起起來來的的天天體體力力學(xué)學(xué)、、材材料料力力學(xué)學(xué)和和結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)力力學(xué)學(xué)等等得得到到了了廣廣泛泛的的應(yīng)應(yīng)用用C．力力學(xué)學(xué)和和熱熱力力學(xué)學(xué)的的發(fā)發(fā)展展與與生生產(chǎn)產(chǎn)相相結(jié)結(jié)合合，，引引發(fā)發(fā)了了第第一一次次工工業(yè)業(yè)革革命命D．由由牛牛頓頓力力學(xué)學(xué)定定律律導(dǎo)導(dǎo)出出的的動(dòng)動(dòng)量量守守恒恒定定律律、、機(jī)機(jī)械械能能守守恒恒定定律律等等是是航航天天技技術(shù)術(shù)的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)解析析：：選ABCD.經(jīng)典典力力學(xué)學(xué)主主要要以以牛牛頓頓運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)三三定定律律、、萬(wàn)萬(wàn)有有引引力力定定律律為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，適適用用于于一一切切宏宏觀觀、、低低速速的的物物體體，，故故A、B、C、D都正正確確．．二、、經(jīng)經(jīng)典典力力學(xué)學(xué)的的時(shí)時(shí)空空觀觀1．牛牛頓頓的的絕絕對(duì)對(duì)時(shí)時(shí)空空觀觀(1)絕對(duì)對(duì)的的、、真真正正的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)時(shí)時(shí)間間，，出出于于其其本本性性而而自自行行均均勻勻地地流流逝逝著著，，與與外外界界任任何何事事物物無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)．．或或絕絕對(duì)對(duì)的的時(shí)時(shí)間間，，就就其其本本性性而而言言與與外外界界任任何何事事物物毫毫無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)系系，，它它永永遠(yuǎn)遠(yuǎn)保保持持不不變變或或不不動(dòng)動(dòng)．．(2)絕對(duì)的運(yùn)動(dòng)是是物體從某一一絕對(duì)的處所所轉(zhuǎn)移到另一一絕對(duì)的處所所．即對(duì)于空空間的運(yùn)動(dòng)存存在一個(gè)絕對(duì)對(duì)的參考系；；時(shí)間存在一一個(gè)絕對(duì)的計(jì)計(jì)時(shí)系統(tǒng)．2．馬赫的時(shí)空空觀凡不能由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明的概念念及陳述，都都不應(yīng)該在物物理學(xué)理論中中占有任何的的地位——否認(rèn)了絕對(duì)時(shí)時(shí)空觀．理由：物體的的相對(duì)位置和和相對(duì)移動(dòng)才才是可測(cè)量的的．(1)空間的位置是是相對(duì)的．(2)速度是相對(duì)的的．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小小試牛刀)2．經(jīng)典力學(xué)的的時(shí)空觀認(rèn)為為()A．時(shí)間使物質(zhì)質(zhì)運(yùn)動(dòng)而存在在B．時(shí)間是永遠(yuǎn)遠(yuǎn)的流逝，與與任何外界無(wú)無(wú)關(guān)C．空間與物質(zhì)質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有有關(guān)D．物體的質(zhì)量量隨物體運(yùn)動(dòng)動(dòng)的速度變化化而變化解析：選B.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)時(shí)空觀認(rèn)為：：時(shí)間和空間間是分離的，，時(shí)間尺度和和空間尺度與與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)無(wú)關(guān)，都是絕絕對(duì)的，故B正確．三、狹義相對(duì)對(duì)論基本公設(shè)設(shè)的提出1．伽利略相對(duì)對(duì)性原理(1)慣性系(inertialframe)與非慣性系：：在經(jīng)典力學(xué)中中，牛頓運(yùn)動(dòng)動(dòng)定律是力學(xué)學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)礎(chǔ)，如果牛頓頓運(yùn)動(dòng)定律在在某個(gè)參考系系中成立，這這個(gè)參考系就就叫做慣性系系．如果牛頓頓運(yùn)動(dòng)定律在在某個(gè)參考系系中不成立，，這個(gè)參考系系就叫做非慣慣性系．注意：相對(duì)于于一個(gè)慣性系系做勻速直線線運(yùn)動(dòng)的另一一個(gè)參考系也也是慣性系．．(2)伽利略相對(duì)性性原理如果在不同的的慣性系中測(cè)測(cè)物體自由下下落的時(shí)間，，測(cè)一個(gè)單擺擺的周期，研研究平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)的規(guī)律，或或研究牛頓第第二定律的實(shí)實(shí)驗(yàn)，就會(huì)發(fā)發(fā)現(xiàn)，所有的的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，，都不會(huì)因慣慣性系的不同同而有所不同同，也就是說說，各個(gè)慣性性系都是等價(jià)價(jià)的．這個(gè)觀觀點(diǎn)叫做伽利利略相對(duì)性原原理．2．狹義相對(duì)論論的兩條基本本公設(shè)(1)愛因斯坦相對(duì)對(duì)性原理：對(duì)對(duì)于描述一切切物理過程(包括物體位置置變動(dòng)、電磁磁以及原子過過程)的規(guī)律，所有有慣性系都是是等價(jià)的，這這里的物理過過程包括光在在內(nèi)．愛因斯斯坦把伽利略略的力學(xué)相對(duì)對(duì)性原理推廣廣到了電磁物物理規(guī)律和一一切其他規(guī)律律，成為第一一個(gè)公設(shè)．(2)光速不不變?cè)恚海涸谒邢嘞鄬?duì)光光源靜靜止或或做勻勻速直直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的慣性性系中中觀察察，真真空中中的光光速都都相同同，與與光源源的運(yùn)運(yùn)動(dòng)和和觀察察者的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)沒有有關(guān)系系．這這一條條公設(shè)設(shè)使我我們看看到一一幅與與傳統(tǒng)統(tǒng)觀念念截然然不同同的物物理圖圖像．．設(shè)想想從一一點(diǎn)光光源發(fā)發(fā)出一一光脈脈沖，，如人人從光光源在在其中中保持持靜止止的參參考系系中觀觀察，，波前前為以以光源源為中中心的的球面面；如如從相相對(duì)于于光源源做勻勻速直直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的另一一參考考系觀觀察，，波前前將同同樣是是以光光源為為中心心的球球面．．這預(yù)預(yù)示著著與伽伽利略略變換換不同同的時(shí)時(shí)空觀觀．即時(shí)應(yīng)應(yīng)用(即時(shí)突突破，，小試試牛刀刀)3．關(guān)于于狹義義相對(duì)對(duì)論的的兩個(gè)個(gè)基本本公設(shè)設(shè)，下下列說說法中中正確確的是是()A．物體體的位位移、、速度度具有有相對(duì)對(duì)性，，所以以在不不同慣慣性系系中，，它們們所遵遵循的的物理理規(guī)律律不同同B．在慣慣性參參考系系中可可以通通過實(shí)實(shí)驗(yàn)的的方法法證實(shí)實(shí)該系系統(tǒng)是是靜止止的還還是勻勻速運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的C．選不不同的的慣性性參考考系，，光的的傳播播速度度不同同D．以上上說法法都不不正確確解析：：選D.根據(jù)狹狹義相相對(duì)論論的兩兩個(gè)基基本公公設(shè)可可知，，在不不同的的慣性性參考考系中中，一一切物物理規(guī)規(guī)律都都是相相同的的，故故A錯(cuò)；在在慣性性參考考系中中無(wú)法法通過過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的方方法確確定這這一系系統(tǒng)本本身的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)情況況，故故B錯(cuò)；真真空中中的光光速在在不同同的慣慣性參參考系系中都都是相相同的的，故故C錯(cuò)，正正確答答案為為D.課堂互動(dòng)講練對(duì)牛頓第二定律受參考系限制的認(rèn)識(shí)類型一例1如圖6－1－1所示，，在列列車車車廂的的光滑滑水平平面上上有一一個(gè)質(zhì)質(zhì)量為為m＝5kg的小球球，正正隨車車廂一一起以以20m/s的速度度勻速速前進(jìn)進(jìn)．現(xiàn)現(xiàn)在給給小球球一個(gè)個(gè)水平平向前前的F＝5N的拉力力作用用，求求經(jīng)過過10s時(shí)，車車廂里里的觀觀察者者和地地面上上的觀觀察者者看到到小球球的速速度分分別是是多少少？圖6－1－1【答案】10m/s30m/s【方法總總結(jié)】在兩個(gè)個(gè)慣性