1、6.1 頓力學中運動的相對性-6.3 狹相對論 的兩個基本假設時間、長度的相對性 學案 （2020 年教科版高中物理選修 3-41 牛頓力學中運動的相對性牛頓力學中運動的相對性 義相 對論的兩個基本假設狹義相對論的兩個基本假設 3 間時間.長 度的相對性長度的相對性學科素養與目標要求物理觀念1. 解牛頓力學中運動的相對 .2.解伽利略相對性原 了解狹義相對論的兩個基本假設.了解狹義相對論的幾個主要結 論了解經典時空觀與相對論時空觀的重要區別.科學思維會應 用相對論的幾個主要結論進行簡單的計算.學態度與責任體會相 對論的建立對人類認識世界的影響.一牛頓力學中運動的相對性1.伽利略相對性原理在任何

2、慣性參考系中，力學的規律都是 一樣的2.經典時空觀經典時空觀認為時間和空間是脫離物質而存在 的，是絕對的，時間和空間是相互獨立.不相關的.3.伽利略速度變換若車廂相對地面以速率 u 向前行駛，車廂 內人相對車廂以速率 v 前跑，則人對地面的速率為 ；若人向 后跑，相對地面的速率為 二狹義相對論的兩個基本假設第 1 頁 共 8 頁1.愛因斯坦相對性原理對不同的慣性系，物理規律包括力學 的和電磁的都是一樣的.2.光速不變原理光在真空中運動的速度在任何慣性系中測得 的數值都是相同的.三時間長度的相對性1.同時的相對性在同一個慣性系中不同地點同時發生的兩個 事件，在另一個慣性系中觀察時 1 典的時空觀

3、認為一定填“一 定”或“不一定”是同時發生的.2 義相對論的時空觀認為不一 定填“一定”或“不一定”是同時發生的2.時間間隔的相對性 典的時空觀某兩個事件，在不同的 慣性系中觀察，它們的時間間隔總是相同的2 義相對論認為 “動鐘變慢”時間間隔的相對性公式 01u2c2，也就是說，在相對 運動的參考系中觀測，事件變化過程的時間間隔變大了，這叫做 狹義相對論中的時間膨脹.3.長度的相對性動棒縮短效應 典的時空觀一條桿的長度 不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同2 義相對論認為 “動棒縮短”狹義相對論中的長度公式 ll01u2c2，但垂直于桿的 運動方向上，桿的長度不變.4.相對論時空觀時間和空間

4、的量度與物體的運動有關，是相 對的判斷下列說法的正誤.1 根桿的長度不會因為觀察者是否與 桿做相對運動而不同，這是經典物理學的觀點2 根桿的長度靜 止時為 ，不管桿如何運動，桿的長度均小于 “動鐘變慢”第 2 頁 共 8 頁是時鐘的精度因運動而發生了變化.4 高速運動的飛船中的宇航員 發現地面的時鐘變慢了.一伽利略相對性原理與狹義相對論1.如圖所示，小球相對于參考系 O 以速度 v0 右拋出，人相 對于參考系 止，當參考系 別相對于參考系 止.速度 v 向右運動和以速度 v 左運動時，人觀察到小球的速度分別為多 大答案分別為 2.如圖所示，光源相對于參考系 O 靜止，人相對于參考系 靜止，當參

5、考系 O 別相對于參考系 止.速度 v 向右運動和 以速度 左運動時，人觀察到的光源發出光的傳播速度分別為 多大答案人觀察到的光速都是 c1.慣性系與非慣性系的確定我們通常選取大地為慣性系，相 對于地面靜止或做勻速運動的物體都是慣性系，相對于地面做變 速運動的物體都是非慣性系.2.光的傳播速度與慣性系的選取無關任何情況下，真空中 的光速都是 例 1 關于狹義相對論，下列說法不正確的是A.狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規律都 是相同的B.狹義相對論認為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等 于 c，與光源的運動無關C.狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系第 3 頁 共 8 頁D.狹義相

6、對論任何情況下都適用答案 D 解析根據狹義相對論 的基本假設可知，選項A.B 正確；狹義相對論只涉及慣性參考系，不涉及非慣性參考 系，選項 誤， 正確針對訓練 攀枝花市高二檢測關于愛因 斯坦認為的空間和時間關系，下列說法中正確的是A.時間和空間是分離的，即絕對時間和絕對空間B.時間和空間與物體的運動無關C.時間和空間在本質上是統一的D.時間是相對的，空間是絕對的答案 C 解析愛因斯坦認為時 間和空間在本質上是統一的，時間和空間不是分離的，它們都是 相對的，故 正確.二時間和空間的相對性如圖所示，一列車以速度 過站 臺，站臺中部的觀察者 C 到列車車頭正好到達站臺最右端的 人時，車尾正好到達站臺

7、最左端的 B 1 此時站臺上的觀察者 C 看到A.B 兩人同時面向列車舉起手中的小紅旗，那么站在列車中點 的觀察者 到A.B 兩人是同時舉旗的嗎如果不是同時舉旗，他會看到哪個人 先舉旗 臺上的觀察者 到列車長度剛好和站臺長度相同， 列車上的觀察者 C 為列車長度和站臺長度相同嗎如果不相同， 他認為列車長還是站臺長 3 定列車上的觀察者 起小紅旗向 站臺上的第 4 頁 共 8 頁A.B 兩人揮動致意，他認為自己從舉起小紅旗到放下小紅旗的 時間為 t，站臺上的觀察者 C 察到他舉旗的時間也為 t 如果不 是 t，他認為這個時間比 t 還是短答案 1 是同時舉旗，他看到 A 人先舉旗 車長度和站臺長

8、度不相同，他認為列車長 3 不是 t他認為這個時間比 t 1.“動鐘變慢”時間間隔的相對性公式 中， 相對 事件發生地靜止的觀察者測量同一地點的兩個事件發生的時間間 隔，而是相對于事件發生地以速度 u 速運動的觀察者測量同一 地點的同樣兩個事件發生的時間間隔2.“動尺變短”狹義相對論中的長度公式 中，l0 是 相對于桿靜止的觀察者測出的桿的長度，而 l 桿沿自己的長度 方向以速度 速運動時，靜止的觀察者測量的長度.3.分析時間間隔和長度變化時應注意的問題 1 時間間隔度 的變化，都是由于物質的相對運動引起的一種觀測效應，它與所 選取的參考系有關，物質本身的結構并沒有變化2 個事件的時 間間隔和

9、物體的長度，必須與所選取的參考系相聯系，在沒有選 取參考系的情況下討論時間的長短及空間的尺寸，是沒有任何意 義的例 選 xx 江蘇單科接近光速飛行的飛船和地球上各有一 只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下 列說法正確的有A.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快B.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢第 5 頁 共 8 頁C.地球上的人觀測到地球上的鐘較快D.地球上的人觀測到地球上的鐘較慢答案 解析由狹義相對 論“動鐘變慢”原理可知，飛船上的人認為地球上的鐘是運動 的，而飛船上的鐘是靜止的，所以飛船上的人觀測到飛船上的鐘 較快，地球上的鐘較慢，A 確， 誤；地球上的人認為地球上 的鐘是靜

10、止的，而飛船上的鐘是運動的，所以地球上的人認為飛 船上的鐘較慢，地球上的鐘較快，C 確， 誤.例 3 地面上長 100km 的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以 的速度掠過，則 火箭上的人看到鐵路的長度應該為多少如果火箭的速度達到 0.6c，則火箭上的人看到的鐵路的長度又是多少答案 解析當火箭速度較低時，長度基本不變，還是 100km.當火箭的速 度達到 時，由相對論長度公式 ll01u2c2，代入相應的數據解 得 10.62km80km.學科素養例2.例 查了學生對時間和空間的相對性的了解程度，體現 了“物理觀念”的學科素養又通過題目中的相對論效應，讓學生 體會到相對論的建立對人類認識世界的影響，

11、體現了“科學態度 與責任”的學科素養.1.伽利略相對性原理以下說法中正確的是A.經典物理中的速度合成公式在任何情況下都是適用的B.經典物理規律也適用于高速運動的物體第 6 頁 共 8 頁C.力學規律在一個靜止的參考系和一個勻速運動的參考系中 是不等價的D.力學規律在任何慣性系里都是等價的答案 D 解析在所有慣 性系中，一切力學規律都是等價的，故 D 確， 誤；經典物理 規律是狹義相對論在低速狀態下的一個近似，所以經典物理規律 只適用于低速運動的物體，而經典物理中的速度合成公式也只適 用于低速情況，故A.B 均錯誤.2.狹義相對論多選下面說法正確的是A.在以 豎直方向升空的火箭上向前發出的光，對

12、地速 度一定比 B.在以 豎直方向升空的火箭上向后發出的光，對地速 度一定比 C.在以 豎直方向升空的火箭上沿水平方向發出的光對 地速度為 D.在以 豎直方向升空的火箭上向任一方向發出的光對 地速度都為 案 解析根據狹義相對論的基本假設光速不變原 理可知真空中的光速相對于火箭的速度為 c，相對于地面的速度也 為 c，即對不同的慣性參考系光速是相同的，因此C.D 正確，A.B 錯誤.第 7 頁 共 8 頁3.空間的相對性慣性系 有一邊長為 正方形如圖 1 所 示從相對 沿 x 軸方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測得此 正方形的圖形是圖 1 案 C 析從相對 沿 x 方向以接近光 速勻速飛行的飛行器上觀察 S 中的正方形，根據相對論效應可 知，沿 方向正方形的邊長縮短，而沿 y 方向正方形邊長沒 有改變，則其形狀變成長方形，故 C 確，A.B.D 錯誤.4.時間的相對性如圖 示，A.