优化方案物理：15.2 时间和空间的相对性 课件（人教版选修3-4）.ppt

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1、2013优化方案物理：15.2 时间和空间的相对性 课件（人教版选修3-4）第一第一节节相相对论对论的的诞诞生生第二第二节节时间时间和空和空间间的相的相对对性性课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练 第第二二节节时时间间和和空空间间的的相相对对性性课标课标定位定位学学习习目目标标：1.知道知道经经典的相典的相对对性原理，知道狭性原理，知道狭义义相相对论对论的的实验实验基基础础和它的两个基本假和它的两个基本假设设2知道狭知道狭义义相相对论对论的几个主要的几个主要结论结论3了解了解经经典典时时空空观观与相与相对论时对论时空空

2、观观的主要区的主要区别别，体会相体会相对论对论的建立的建立对对人人类认识类认识世界的影响世界的影响重点重点难难点：点：1.“同同时时”的相的相对对性和性和时时空相空相对对性的性的验证验证2长长度的相度的相对对性和性和时间间时间间隔的相隔的相对对性性课前自主学案课前自主学案一、一、经经典的相典的相对对性原理性原理惯惯性参考系是指可以使性参考系是指可以使_成立的参考成立的参考系系1力学力学规规律在任何律在任何惯惯性系中都是性系中都是_的的,这这就是就是伽利略相伽利略相对对性原理性原理,又叫又叫经经典的相典的相对对性原理性原理.牛牛顿顿运运动动定律定律相同相同2.在一个在一个惯惯性参考系内性参考系内

3、进进行的任何力学行的任何力学实验实验都不能都不能判断判断这这个个惯惯性系是否相性系是否相对对于另一个于另一个惯惯性系做性系做_.或者或者说说,任何任何惯惯性参考系都是性参考系都是_的的.二、狭二、狭义义相相对论对论的两个基本假的两个基本假设设1.狭狭义义相相对对性原理性原理:在不同的在不同的惯惯性参考系中性参考系中,一切物一切物理理规规律都是律都是_的的.2.光速不光速不变变原理原理:真空中的光速在不同的真空中的光速在不同的惯惯性参考性参考系中都是系中都是_的的.匀速匀速直直线线运运动动平平权权相同相同相同相同三、三、时间时间和空和空间间的相的相对对性性1.“同同时时”的相的相对对性性(1)经

4、经典的典的时时空空观观:在同一个在同一个惯惯性系中不同地点同性系中不同地点同时时发发生的两个事件生的两个事件,在另一个在另一个惯惯性系中性系中观观察察_的的.(2)相相对论对论的的时时空空观观:“同同时时”具有具有_性性,即在同一个即在同一个惯惯性系中不同地点同性系中不同地点同时发时发生的两个事件生的两个事件,在另一个在另一个惯惯性系中性系中观观察察_的的.也是同也是同时时相相对对不一定是同不一定是同时时相相对对运运动动相相对对静止静止3时间间时间间隔的相隔的相对对性性(1)经经典的典的时时空空观观:某两个事件某两个事件,在不同的在不同的惯惯性系中性系中观观察察,它它们们的的时间间时间间隔隔总

5、总是是_的的.(2)相相对论对论的的时时空空观观:某两个事件某两个事件,在不同的在不同的惯惯性参考性参考系中系中观观察察,它它们们的的时间间时间间隔是隔是_的的.相同相同不同不同4相相对论时对论时空空观观(1)经经典典时时空空观观:空空间间和和时间时间是脱离物是脱离物质质存在的存在的,是是_的的,空空间间和和时间时间之之间间也是也是_联联系的系的.(2)相相对论时对论时空空观观:空空间间和和时间时间与物与物质质的的_有关有关绝对绝对没有没有运运动动状状态态核心要点突破核心要点突破一、两种一、两种时时空空观观的主要区的主要区别别1实验实验基基础础不同不同我我们们通通过过生活生活经验经验,通通过对

6、过对周周围围世界的世界的观观察最容易察最容易接受的是接受的是经经典典时时空空观观(又叫又叫绝对时绝对时空空观观),因因为经为经典典时时空空观观是以是以vc的低速运的低速运动动下的下的实验为实验为基基础础建立的建立的,而相而相对论时对论时空空观观建立在光速不建立在光速不变实验变实验基基础础上上,在高在高速运速运动动的情形中的情形中,相相对论对论效效应应才会明才会明显显,由于缺少高由于缺少高速运速运动动中的生活中的生活经验经验,初学者初学者难难以接受以接受.2对时间对时间、空、空间间与物与物质质的的联联系性系性认识认识不同不同(1)经经典典时时空空观认为时间观认为时间均匀流逝，与物均匀流逝，与物质

7、质无关；无关；空空间间是物是物质质运运动动的的场场所，空所，空间间本身不受物本身不受物质质运运动动状状态态的影响；同的影响；同时时空空间间与与时间时间也是没有也是没有联联系的系的总总之一句之一句话话，时间时间、空、空间间都是都是绝对绝对的，不同参考的，不同参考系中系中观观察同一物理察同一物理过过程程时间时间是相同的，是相同的，观观察同一察同一物体物体长长度是相同的度是相同的(2)相相对论时对论时空空观认为观认为物理物理过过程的快慢与物体的运程的快慢与物体的运动动状状态态有关，运有关，运动动物体的物体的长长度也跟物体的运度也跟物体的运动动状状态态有关有关换换句句话说话说，不同参考系中，不同参考系

8、中观观察同一物理察同一物理过过程程时间时间可能不同，可能不同，观观察同一物体察同一物体长长度可能不同度可能不同空空间间和和时间时间与物与物质质的运的运动动状状态态有关同有关同时时，时时间间和空和空间间也是有也是有联联系的系的.3经经典典时时空空观观的价的价值值经经典典时时空空观观建立在建立在实验实验的基的基础础上，它的上，它的结论结论又受又受到无数次到无数次实实践的践的检验检验虽虽然相然相对论时对论时空空观观更具有更具有普遍性，但是普遍性，但是经经典典时时空空观观在低速运在低速运动时动时所得出的所得出的结论结论与与实验实验事事实实符合的很好，由于宏符合的很好，由于宏观观物体的速物体的速度不可能

9、接近光速，所以度不可能接近光速，所以经经典典时时空空观观仍有存在的仍有存在的价价值值即即时应时应用用(即即时时突破突破,小小试试牛刀牛刀)1.关于关于时间时间和空和空间间,在学在学习习狭狭义义相相对论对论后我后我们应认们应认识识到到()A.因因为时间为时间是是绝对绝对的的,所以我所以我们们在不同的参考系中在不同的参考系中观观察到的察到的时间进时间进程都是相同的程都是相同的B.空空间间与与时间时间之之间间是没有是没有联联系的系的C.有物有物质质才有空才有空间间和和时间时间D.在一个确定的参考系中在一个确定的参考系中观观察察,运运动动物体的空物体的空间间距距离和离和时间进时间进程跟物体的运程跟物体

10、的运动动状状态态有关有关解析：解析：选选CD.经经典物理学典物理学认为认为空空间间和和时间时间是脱离是脱离物物质质存在的，是存在的，是绝对绝对的，空的，空间间与与时间时间之之间间也是没也是没有有联联系的，在相系的，在相对论对论力学中，力学中，时间时间和空和空间间是和物是和物质质的运的运动动相相联联系的只有在物系的只有在物质质存在存在时时才有空才有空间间和和时间时间的概念，的概念，时间时间和空和空间间是相互是相互联联系且是相系且是相对对的的二、二、对对狭狭义义相相对论对论几个主要几个主要结论结论的理解的理解1几个主要几个主要结论结论相相对对事件事件发发生地或生地或物体静止的参考系物体静止的参考系

11、中中观观察察相相对对事件事件发发生地或生地或物体运物体运动动的参考系的参考系中中观观察察同同时时的的相相对对性性事件同事件同时时但不同地但不同地点点发发生生事件不同事件不同时发时发生生2.几个几个结论结论的理解要点的理解要点(1)时间间时间间隔，隔，长长度的度的变变化，都是由于物化，都是由于物质质的相的相对对运运动动引起的一种引起的一种观测观测效效应应，它与所，它与所选选取的参考系取的参考系有关，物有关，物质质本身的本身的结结构并没有构并没有变变化化(2)两个事件的两个事件的时间间时间间隔和物体的隔和物体的长长度，必度，必须须与所与所选选取的参考系相取的参考系相联联系，如果在没有系，如果在没有

12、选选取参考系的取参考系的情况下情况下讨论时间讨论时间的的长长短及空短及空间间的尺寸，是没有任的尺寸，是没有任何意何意义义的的特特别别提醒提醒:以上以上结论结论是狭是狭义义相相对论对论的必然的必然结论结论,而而狭狭义义相相对论对论的正确性已被的正确性已被实验证实实验证实,所以以上所以以上结结论论是高速世界中必然是高速世界中必然发发生的生的现现象象,是客是客观观存在的存在的事事实实,绝绝不是人的主不是人的主观观臆造臆造,之所以人之所以人们们平常平常观观察察不到不到这这些些现现象象,是因是因为为我我们们生活在低速运生活在低速运动动的世的世界里界里即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀

13、)2下列下列对时对时空空观观的的认识认识，正确的是，正确的是()A以牛以牛顿顿力学力学为为基基础础的的经经典典时时空空观观，是完全，是完全错误错误的，无任何的，无任何实实用价用价值值B选择选择不同参考系，光速大小是不同的不同参考系，光速大小是不同的C假若将一走假若将一走时时准确的准确的时钟时钟，放在，放在喷喷气式气式飞飞机上机上做做环环球球飞飞行，一段行，一段时间时间后，后，该时钟该时钟的的读读数将小于数将小于地面上的基准地面上的基准钟钟的的读读数数D一把尺子的一把尺子的长长度无度无论论你如何你如何测测量，其量，其结结果都是果都是不不变变的的解析：解析：选选C.在物体低速运在物体低速运动时动时

14、和在宏和在宏观观世界里，世界里，牛牛顿顿运运动动定律是适用的，定律是适用的，A错误错误；根据狭；根据狭义义相相对对论结论论结论可知可知C正确，正确，B、D错误错误故本故本题应选题应选C.课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一光速不光速不变变原理原理设设某人在速度某人在速度为为0.5c的的飞飞船上打开一个光源船上打开一个光源,则则下列下列说说法正确的是法正确的是()A.飞飞船正前方地面上的船正前方地面上的观观察者看到察者看到这这一光速一光速为为1.5cB.飞飞船正后方地面上的船正后方地面上的观观察者看到察者看到这这一光速一光速为为0.5cC.在垂直在垂直飞飞船前船前进进方向地面上的方向地面上的观观

15、察者看到察者看到这这一光一光速是速是cD.在地面上任何地方的在地面上任何地方的观观察者看到的光速都是察者看到的光速都是c例例例例1 1【精精讲讲精析精析】根据狭根据狭义义相相对论对论的的“光速不光速不变变原理原理”可知可知,真空中的光速在不同的真空中的光速在不同的惯惯性系中都是相同的性系中都是相同的,所以真空中的光速相所以真空中的光速相对对于火箭的速度于火箭的速度为为c，相，相对对于于地面的速度也地面的速度也为为c.【答案答案】CD【易易误误警示警示】本本题题易易误选误选A、B.是因是因为为按按经经典力典力学的相学的相对对性原理可以得出性原理可以得出A、B正确正确,而而这这一一结论结论是是错误

16、错误的的,与狭与狭义义相相对论对论中的光速不中的光速不变变原理相矛盾原理相矛盾.例例例例2 2(2011年高考江年高考江苏单苏单科卷科卷)如如图图1511所示所示,沿平直沿平直铁铁路路线线有有间间距相等的三座距相等的三座铁铁塔塔A、B和和C.假假想有一列想有一列车车沿沿AC方向以接近光速行方向以接近光速行驶驶,当当铁铁塔塔B发发出一个出一个闪闪光光,列列车车上的上的观测观测者者测测得得A、C两两铁铁塔被照塔被照亮的亮的顺顺序是序是()类型二类型二同同时时的相的相对对性性图图1511A同同时时被照亮被照亮BA先被照亮先被照亮CC先被照亮先被照亮D无法判断无法判断【答案答案】C 人人马马星座星座星

17、是离太阳系最近的恒星星是离太阳系最近的恒星,它距地球它距地球4.31016m,设设有一宇宙有一宇宙飞飞船往返于地球与人船往返于地球与人马马星座星座星之星之间间,设设宇宙宇宙飞飞船的速度船的速度为为0.999c,按地球上的按地球上的时时钟计钟计算算,往返一次需多往返一次需多长时间长时间?若以若以飞飞船上的船上的时钟计时钟计算算,往返一次的往返一次的时间时间又又为为多少多少?(取取1位有效数字位有效数字)类型三类型三时间间时间间隔的相隔的相对对性性例例例例3 3【答案答案】9年年0.4年年【方法方法总结总结】狭狭义义相相对论对论的几个的几个结论结论是是这这一章一章的重要内容，在的重要内容，在对这对这些些结论结论或公式用于分析和或公式用于分析和计计算算时时，要注意理解其中各量的意，要注意理解其中各量的意义义，切，切记记不可盲不可盲目乱套公式目乱套公式类型四类型四长长度的相度的相对对性性(2011年衡阳模年衡阳模拟拟)在地面上有一在地面上有一长长100m的的跑道跑道,运运动员动员从起点跑到从起点跑到终终点点,用用时时10s,现现从以从以0.8c的速度沿跑道向前的速度沿跑道向前飞飞行的行的飞飞船中船中观观察察,跑道有多跑道有多长长?例例例例4 4【答案答案】60m