狹義相對論課件

1、狹義相對論課件引導(dǎo)語：狹義相對論課件如何設(shè)計？下面由小編告訴你們吧，歡迎閱讀！狹義相對論課件【教學(xué)目標】一、知識與技能1、 了解狹義相對論的兩個基本公設(shè)，并初步了解愛因斯坦對時空的新認識。2、 知道伽利略變換與洛倫茲變換反映的時空觀的不同。3、 理解同時的相對性二、過程與方法1、通過學(xué)習(xí)愛因斯坦提出兩條假設(shè)的過程，理解實驗對理論的重要作用以及愛因斯坦的時空觀。2、通過兩條假設(shè)理解同時的相對性，加深對相對論時空觀的理解。三、情感態(tài)度與價值觀（1）理解相對論的時空觀，體會相對論的建立對人類認識世界的影響。（2）學(xué)會辯證地看待經(jīng)典物理理論和相對論?！緦W(xué)情分析】學(xué)習(xí)已經(jīng)了建立狹義相對論中光速不變的實驗

2、基礎(chǔ)，以及愛因斯坦的探索發(fā)現(xiàn)，因此學(xué)習(xí)狹義相對論的兩條公設(shè)，已成順理成章的事情。不過學(xué)習(xí)的重點和難點在于隨兩條公設(shè)的提出而帶來的時空觀的變化?！窘虒W(xué)思路】因此本節(jié)教學(xué)應(yīng)注意與上節(jié)知識的銜接，重視思維邏輯的連貫性，逐步建立新結(jié)論。學(xué)生在思維中有很容易回到經(jīng)典時空觀上去將新舊時空觀混為一談，教學(xué)中應(yīng)注意強調(diào)區(qū)別?！窘虒W(xué)重點、難點】1、 狹義相對論的兩個基本公設(shè)2、 愛因斯坦的時空觀相對論時空觀【教學(xué)方法】問題式討論和講授?！窘虒W(xué)過程】一、 引入新課：通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道：光速是與參考系無關(guān)的常量；經(jīng)典物理學(xué)中的速度變換關(guān)系對電磁規(guī)律不適用，等。對這些問題，許多物理學(xué)家試圖通過在經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)進

3、行修補，仍無法解決上述矛盾。 而愛因斯坦發(fā)現(xiàn)問題的癥結(jié)在于經(jīng)典物理學(xué)的時空觀，因此他擯棄了經(jīng)典物理學(xué)的時空觀，根據(jù)實驗事實提出了狹義相對論的兩條公設(shè)，用理論研究的方法得到了狹義相對論的全部結(jié)論，當(dāng)然狹義相對論建立了一種新的時空觀。我們下面看看愛因斯坦是怎樣思考的。二、 新課教學(xué)狹義相對論的兩條公設(shè)1、 伽利略變換設(shè)開始時慣性系S（O-xyz） 相對慣性系S（O-xyz）完全重合，S 系相對S系以速度v沿x軸正方向運動。由伽利略變換:?x?x?vt?y?y?（1） ? （位置坐標變換） z?z?t?t?vx?vx?v? 可得： (2) ?vy?vy (速度變換)?v?vz?z?ax?ax? （3

4、） ?ay?ay （加速度變換）?a?az?z此式表明：從不同得慣性系所觀察到的同一質(zhì)點的加速度是相同的，或說成：物體的加速度對伽利略變換是不變的。進一步可知，牛頓第二定律對伽利略變換是不變的。它反映的時空觀是絕對時空觀：時間和空間都是絕對的，彼此無關(guān)。但是將這個原理推廣到與光速有關(guān)的問題中，就產(chǎn)生了無法解決的矛盾：按照經(jīng)典力學(xué)的速度合成法則（伽利略速度變換公式），光速在不同的慣性系中可能會超過或小于3105km/s ，然而大量事實證明光的傳播速度與光源的運動情況無關(guān)，光在任何慣性系中都是不變的。2、 愛因斯坦認為空間和時間是統(tǒng)一的相互聯(lián)系的，不可分離的。3、 愛因斯坦提出兩條公設(shè)：（1）在所

5、有相互做勻速直線運動的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。（2）在所有相互做勻速直線運動的慣性參考系中，光在真空中的傳播速度都等于c，跟光源的運動無關(guān)。公設(shè)（1）通常叫愛因斯坦相對性原理。公設(shè)（2）通常叫做光速不變原理。在絕對時空觀看來，這兩條假設(shè)的確是矛盾的。因此必須拋棄絕對時間、絕對空間的觀念。洛倫茲變換設(shè)開始時慣性系S 相對慣性系S完全重合，S 以速度相對S以v沿x軸正方向運動。洛倫茲變換為?x=?y=y? z=z?v?t=?這個變換關(guān)系反映出來的時空觀念是：時間、空間都與物質(zhì)的運動有著不可分割的聯(lián)系，而且時間與空間之間也有一定的內(nèi)在聯(lián)系。這就是相對論的時空觀：時空的相對性。同時可以看

6、到，當(dāng)vc時，xx，tt，即在低速領(lǐng)域狹義相對論的結(jié)論與經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論趨于一致。這也說明了狹義相對論的合理性。同時的相對性1、 什么是同時的相對性？在一個慣性系中的觀察者觀測到兩個事件是同時發(fā)生的，那么在另一個慣性系中的觀察者可能觀測到這兩個事件不是同時發(fā)生的。即同時是相對的，跟觀察者選取的參考系有關(guān)。2、 同時的相對性的理解如圖一列車以很快的速度v沿平直的鐵路運動。設(shè)想某節(jié)車廂內(nèi)處于正中間位置有一位觀察者A和一臺閃光器S，車廂頭和車廂尾各有一個光接收器P和Q。地面站臺上有一個觀察者B如右圖所示。在列車駛過站臺A、B兩個觀察者相遇的瞬間閃光器發(fā)出閃光，此后P、Q兩接收器分別接收到閃光，這便是兩

7、個事件（設(shè)P接收到閃光為事件1，Q接收到閃光為事件2）。1) 在狹義相對論看來，同時是相對的A會觀測到1、2兩事件同時發(fā)生。因為在A看來，光相對車的速度為c，無論向前還是向后傳，而P、Q到S的距離相同。設(shè)這個時間為t。但是在B看來就不一樣了，B認為光相對車的速度為c，光相對地面的速度也是c，無論向前還是向后傳（光速不變原理），而從發(fā)出閃光到1、2事件分別發(fā)生，P、Q均會向前運動一段距離，也就是說向前傳播的光所經(jīng)過的距離要大于向后傳播的光所經(jīng)過的距離；因此B將會觀測到：Q先接收到光，P后接收到光，所用時間計算如下：tPtQ 即tQ tP，即事件2先發(fā)生，事件1后發(fā)生，即事件1、2并不同時發(fā)生。2

8、) 但在經(jīng)典物理學(xué)看來，同時是卻絕對的A仍然會觀測到1、2兩事件同時發(fā)生。他認為光相對他的速度是c，光源到PQ又距離相等，所以兩束光將同時到達PQ。而B認為光速c是相對地面的，由伽利略變換可以計算兩束光到達PQ各用多長的時間：xtP(c+v)=x+vtP 可得 tP= cxtQ(c-v)=x-vtQ 可得 tQ= c顯然，tP= tQ，即兩束光仍將同時到達PQ。這就是經(jīng)典物理學(xué)中同時的絕對性。三、 學(xué)生閱讀P108 【多學(xué)一點】相對論的速度變換公式老師在學(xué)生閱讀后，對教材中的公式做必要的說明，幫助學(xué)生理解。四、 典型例題【例題1】愛因斯坦相對性原理與光速不變原理有無矛盾？為什么？【解析】從光速

9、不變原理的內(nèi)容看，“光在真空中的速度都是相同的”，這正好體現(xiàn)了“在所有相互做勻速直線運動的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的”愛因斯坦相對性原理。因此我們說這兩條原理并不矛盾?！纠}2】在狹義相對論中，下列說法正確的有（ ）A. 一切運動物體相對于觀察者的速度都不能大于真空中的光速B. 質(zhì)量、長度的測量結(jié)果都與物體相對觀察者的相對運動狀態(tài)有關(guān)C. 時間的測量結(jié)果與物體相對觀察者的運動狀態(tài)無關(guān)D. 在某一慣性系中發(fā)生于同一時刻、不同地點的兩個事件，在其他一切慣性系中也是同時發(fā)生的【解析】根據(jù)狹義相對論，光速是速度的極限值，所以A正確；根據(jù)狹義相對論，長度、質(zhì)量、時間間隔都與運動狀態(tài)有關(guān)，且都給出了具體的速度公式，所以B對，C錯；同時是相對的，D錯。正確選項為A、B。 答案： AB五、 課堂小結(jié)本節(jié)主要學(xué)習(xí)了：1、 狹義相對論的兩個基本公設(shè)：光