物理：5.2《经典时空观与相对论时空观》学案（粤教版必修2）

1、§5.2 经典时空观与相对论时空观【学习目标】知识与技能： 1、了解伽利略相对性原理，知道时空观与参考系的联系 2、了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因 3、了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响 4、知道经典时空观与相对论时空观的主要区别过程与方法： 1、通过关于参考系和运动的“讨论与交流”，认识惯性系的概念与伽利略相对性原理 2、解读并分析教材图5-2-1和图5-2-2，了解绝对时空观与实验事实的矛盾 3、通过了解爱因斯坦创立狭义相对论的过程，学习创立科学理论的基本方法“提出假设” 4、解读并分析教材图5-2

2、-3和图5-2-4，通过“讨论与交流”理解同时的相对性 5、对比经典时空观的推论与相对论时空观的推论，认识经典时空观与相对论时空观的区别情感、态度与价值观： 1、通过“讨论与交流”活动，培养学生的独立思考能力、逻辑分析能力、口头表达的能力和合作学习的精神 2、通过了解时空观的变革，从中认识物理学的发展和变革，体会相对论对人类认识世界的影响，感受物理学的发展对推动社会的作用【学习重点】1知道狭义相对论的实验基础，基本原理和主要结论。2、了解经典时空观与相对论时空观的主要区别。 【知识要点】1经典时空观 从参考系的概念引入经典时空观，是为了介绍牛顿引入经典时空观的理论出发点，使学生领会经典时空观是

3、经典力学的理论基础 (1)经典力学是讨论物体的运动状态及其改变的，而所有的运动都是在一定的时间、空间中进行的，机械运动是物体的位置移动，位置涉及空间概念，移动涉及速度，涉及时间概念，所以牛顿力学必定与一定的时空观相联系 (2)机械运动的描述离不开参考系，然而牛顿定律并不适用于所有的参考系(后人把牛顿定律适用的参考系叫做惯性参考系)，但是经典力学的理论框架本身并不能能明确给出什么是惯性参考系，牛顿的解决办法是引入一个客观标准绝对空间，用以判断各物体足处于静止、匀速运动还是加速运动状态参见课程资源牛顿对绝对空间的设想 2相对论时空观 相对论时空观的教学可分三个层次：狭义相对论的提出、相对论时空观、

4、相对论对人类认识世界的影响 (1)运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了时钟飞驰得越快，钟的时间走得越慢；在与光速相等的时候，钟将似乎完全停止，时间就会停顿了这种效应得到了实验的验证(2)运动的尺子缩短在对教材图526解释时，应注意指出左图中A尺相对于B尺静止，右图中A尺相对于B尺运动，在B尺看来A尺长度缩短，尺缩和钟慢一样，是对称的即如果A、B之间有相对运动，那么，A看B的尺缩短了，B看A的尺缩短了这个结论表示空间的大小并不是绝对的，而是相对的 (3)物体质量随速度的增加而增大爱因斯坦在时空观的

5、彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大他给出了著名的质能关系式：E=mc。，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用 【典型例题】【例】 根据相对论理论,如果地球上的时钟走过了时间t，那么，以速度v相对地球运动的飞船上的时钟走过的时间t则为： t=t(c是光在真空中的传播速度)(52)通俗地说，就是运动的时钟变慢了.设想飞船在甲乙两个相距8亿千米的星球间飞行，甲、乙两星球及飞船上各有一个巨大的钟，现飞船相对星球以0.75c(c是真空中光速)的速度离开甲星球飞向乙星球，飞船经过甲星球时，三个钟均调整指到3：00整.问，当飞船飞过乙星

6、球的瞬间，飞船内的人看到乙星球上的钟和飞船上的钟分别指向多少？解析：在乙星球的观察者看来，飞船飞越的时间为：t= s3600 s=1 h所以，飞船内的人看到乙星球上的时钟指到4：00整.在飞船内的观察者看来，飞船飞越的时间t则为：t=t=1×h=0.66 h40 min所以，飞船内的人看到飞船上的钟指到3：40.如果飞船上的人测量两星球间的距离，将是：L=L0=8×1011× m=5.3×1011 m.【当堂反馈】 1.广州的一个人在收听到收音机报时：“刚才最后一响是北京时间7：00整”的时候，他在最后一响时，把表对到7：00整，北京的钟和广州的钟是一致

7、的吗？怎样才能使它们一致？2.一列火车以速度v匀速行驶，车头、车尾各有一盏灯，某时刻路基上的人看见两灯同时亮了，那么从车厢顶上看见的情况是什么呢？3.+介子是一不稳定粒子，平均寿命是2.6×108s（在它自己的参考系中测得）.如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么实验室坐标系中测量的+介子寿命是否变长？4狭义相对论认为长度是 。运动物体沿运动方向长度要 。 5一列行进中的火车，前、后两处遭雷击，车上的人看来是同时发生的，地面上的人看来 同时的，这是由于同时的 。 6经典力学在哪些问题上适用（ ） 河波罗飞船登月 原子核外电子的运动 原子弹爆炸 F1赛车A B C D7下列哪些是属于经典时空观的内容（ ）同一个物体在任何参考系中测量具有相同的长度光速是自然界中的极限速度，任何事物的速度不能超过光速任何事件所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的同时是相对的 A B C D 8从狭义相对论出发，我们可以得到下列哪些结论（ ）同时的绝对性运动的时钟变慢事件的因果关系可能颠倒物体质量随速度增大而增大A B C D 9氢原子光谱不是连续谱，而是一系列不连续的亮线组成的线状谱，这说明的是（ ）A光的波粒二象性B能量的连续性C原子只能处于一系列不