【优化方案】高中物理 第6章6.2 狭义相对论的基本原理课件 沪科必修2

6．2狭义相对论的基本原理

核心要点突破课堂互动讲练课前自主学案知能优化训练6.2课标定位学习目标：1.知道牛顿对物理学发展的巨大贡献和经典力学的重要历史地位．2．理解经典力学方法论的意义和经典力学的时空观．3．掌握狭义相对论基本原理的内容及其意义．重点难点：重点：1.经典力学的重大成就和方法论的意义．2．相对论的基本原理的理解．难点：经典力学的局限性及相对论基本原理提出的背景理解．课标定位课前自主学案一、一座永垂不朽的纪念碑1．《自然哲学的数学原理》的产生：英国科学家________的代表作，成书于1686年．2．《自然哲学的数学原理》介绍：全书共分两个部分．第一部分是“定义和注释”“运动的基本原理”．第二部分是定律的应用，其内容包括：万有引力定律和行星的运动；流体力学的开创性研究；天体力学和宇宙系统的开拓性研究(行星的运动，卫星的运动，地面上的落体运动，抛体运动，彗星轨道，岁差以及潮汐现象等)．牛顿全书贯穿了牛顿和莱布尼兹分别独立发明的数学方法——微积分．它在科学史上占有非常重要的地位，因为它标志着__________的建立．二、经典力学的巨大成就1．把______运动与__________物体的运动统一起来了．2．由经典力学为基础发展起来了天体力学、材料力学．3．力学与热学结合引发了__________工业革命．4．经典力学是航天的理论基础．经典力学天体地上第一次三、经典力学方法论的意义经典力学的研究方法以伽利略和牛顿最为典型．伽利略：理想实验法．牛顿：归纳——演绎法，建立理论体系．四、经典力学的局限性1．经典力学对时间和空间的认识(1)把一切自然现象都归结为______________．(2)把__________、__________割裂开来，认为它们与物质运动无关．机械决定论时间空间2．经典力学的适用范围(1)只适用于_____速运动，不适用于___速运动．(2)只适用于_____世界，不适用于______世界．(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境．五、经典力学的时空观1．概述：绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关，而永远相同和不动的，绝对的时间自身在不停地流逝着．这就是经典力学的时空观，也称为_______时空观．低高宏观微观绝对2．绝对时空观的特点：时间和空间是______的，时间尺度和空间尺度与物质的运动无关，都是绝对的．六、狭义相对论的基本公设1．惯性系与非惯性系牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系．如研究地面上物体的运动时，地面就是惯性参考系，相对于地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性参考系．分离2．伽利略的相对性原理(1)概述：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说一切惯性系都是等效的．(2)两个要点：①如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系；②力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性系都是等效的．3．两条基本公设(1)________

原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是_______的．(2)_____________

原理：真空中的_______在不同的惯性参考系中都是________的．这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础．相对性相同光速不变光速相同核心要点突破一、经典力力学的成就就与局限性性1．经典力学学的研究方方法归纳比比较亚里士多德Aristotle前384～前322简介世界古代史上最伟大的古希腊哲学家、科学家和教育家方法论以人的感觉经验和逻辑理性来研究物体的运动意义开辟了探索自然界奥秘的一条新路——观察科学成就提出力的合成概念，创建了视觉、色彩视觉等原始学说，尝试从物质本身来说明自然，把科学从宗教和神话中解放出来，推断地球是一个球体伽利略Galilei1564～1642简介意大利物理学家，开创近代自然科学研究方法的第一位学者方法论观察提问、合理假设、数学变换、实验验证意义提出了新的研究方法——数学推理和科学实验科学成就建立了摆的定律、惯性定律、自由落体定律，提出伽利略相对性原理，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想和经典力学的基础，他的工作使物理学成为独立的知识体系并从哲学中分化出来牛顿Newton1642～1727简介英国科学家，17世纪最伟大的科学巨匠方法论重在分析与综合、归纳与演绎，强调论证要用实验验证意义更为深刻地实现了科学方法的丰富、发展与变革科学成就澄清了力和运动的观念，总结出万有引力定律和牛顿运动三定律，建立起完整的经典力学体系，从伽利略时代以来一个世纪的物理学工作，在牛顿手里得到了综合2.经典力学的的成就(1)经典力学的的建立标志志着近代自自然科学的的诞生，它它把天上物物体和地上上物体的运运动统一起起来，从力力学上证明明了自然界界的多样性性的统一，，实现了人人类对自然然界认识的的第一次理理论大综合合．(2)经典力学和和以经典力力学为基础础发展起来来的天体力力学、材料料力学和结结构力学等等得到了广广泛的应用用，并取得得了巨大的的成就.18世纪60年代，力学学和热力学学的发展及及其与生产产相结合，，使机器和和蒸汽机得得到改进和和推广，引引发了第一一次工业革革命．由牛顿运动动定律导出出的动量守守恒定律、、机械能守守恒定律等等，是航空空航天技术术的理论基基础，火箭箭、人造卫卫星、航天天飞机、宇宇宙飞船、、空间探测测器等航天天器的发射射，都是经经典力学规规律的具体体应用．3．经典力学学的局限性性(1)从低速到高高速日常生活中中见到的物物体的运动动，速度都都远小于光光速，经典典力学完全全适用.20世纪初，著著名物理学学家爱因斯斯坦建立的的狭义相对对论阐述了了物体在以以接近光速速运动时所所遵从的规规律，得到到了一些不不同于经典典力学的观观念和结论论．例如在经典典力学中，，认为质量量是恒定不不变的，与与物体的速速度或能量量无关；但但相对论的的研究则表表明，物体体的质量将将随着运动动速率的增增加而增大大，物体的的质量和能能量之间存存在着密切切的联系．．(2)从宏观到微微观19世纪和20世纪之交，，物理学又又有了三大大发现：X射线、电子子放射性的的发现，使使物理学的的研究由宏宏观进入微微观领域．．发现的电电子、质子子、中子等等微观粒子子，不仅具具有波动性性同时还具具有粒子性性，它们的的运动规律律在很多情情况下不能能用经典力力学来说明明.20世纪，量子子力学的研研究表明，，微观粒子子既表现为为粒子性又又表现为波波动性，粒粒子的能量量等物理量量只能取分分立的数值值，粒子的的速度和位位置具有不不确定性，，粒子的状状态只能用用粒子在空空间出现的的概率来描描述．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)1．下列属于于经典力学学成就的有有()A．经经典典力力学学把把天天体体的的运运动动与与地地上上物物体体的的运运动动统统一一起起来来，，是是人人类类对对自自然然界界认认识识的的第第一一次次大大综综合合B．以以经经典典力力学学为为基基础础发发展展起起来来的的天天体体力力学学、、材材料料力力学学和和结结构构力力学学等等得得到到了了广广泛泛的的应应用用C．力力学学和和热热力力学学的的发发展展与与生生产产相相结结合合，，引引发发了了第第一一次次工工业业革革命命D．由由牛牛顿顿力力学学定定律律导导出出的的动动量量守守恒恒定定律律、、机机械械能能守守恒恒定定律律等等是是航航天天技技术术的的理理论论基基础础解析析：：选ABCD.经典典力力学学主主要要以以牛牛顿顿运运动动三三定定律律、、万万有有引引力力定定律律为为基基础础，，适适用用于于一一切切宏宏观观、、低低速速的的物物体体，，故故A、B、C、D都正正确确．．二、、经经典典力力学学的的时时空空观观1．牛牛顿顿的的绝绝对对时时空空观观(1)绝对对的的、、真真正正的的数数学学时时间间，，出出于于其其本本性性而而自自行行均均匀匀地地流流逝逝着着，，与与外外界界任任何何事事物物无无关关．．或或绝绝对对的的时时间间，，就就其其本本性性而而言言与与外外界界任任何何事事物物毫毫无无关关系系，，它它永永远远保保持持不不变变或或不不动动．．(2)绝对的运动是是物体从某一一绝对的处所所转移到另一一绝对的处所所．即对于空空间的运动存存在一个绝对对的参考系；；时间存在一一个绝对的计计时系统．2．马赫的时空空观凡不能由实验验证明的概念念及陈述，都都不应该在物物理学理论中中占有任何的的地位——否认了绝对时时空观．理由：物体的的相对位置和和相对移动才才是可测量的的．(1)空间的位置是是相对的．(2)速度是相对的的．即时应用(即时突破，小小试牛刀)2．经典力学的的时空观认为为()A．时间使物质质运动而存在在B．时间是永远远的流逝，与与任何外界无无关C．空间与物质质运动状态有有关D．物体的质量量随物体运动动的速度变化化而变化解析：选B.经典力学的时时空观认为：：时间和空间间是分离的，，时间尺度和和空间尺度与与物质运动无无关，都是绝绝对的，故B正确．三、狭义相对对论基本公设设的提出1．伽利略相对对性原理(1)惯性系(inertialframe)与非惯性系：：在经典力学中中，牛顿运动动定律是力学学规律的基础础，如果牛顿顿运动定律在在某个参考系系中成立，这这个参考系就就叫做惯性系系．如果牛顿顿运动定律在在某个参考系系中不成立，，这个参考系系就叫做非惯惯性系．注意：相对于于一个惯性系系做匀速直线线运动的另一一个参考系也也是惯性系．．(2)伽利略相对性性原理如果在不同的的惯性系中测测物体自由下下落的时间，，测一个单摆摆的周期，研研究平抛运动动的规律，或或研究牛顿第第二定律的实实验，就会发发现，所有的的实验现象和和实验结论，，都不会因惯惯性系的不同同而有所不同同，也就是说说，各个惯性性系都是等价价的．这个观观点叫做伽利利略相对性原原理．2．狭义相对论论的两条基本本公设(1)爱因斯坦相对对性原理：对对于描述一切切物理过程(包括物体位置置变动、电磁磁以及原子过过程)的规律，所有有惯性系都是是等价的，这这里的物理过过程包括光在在内．爱因斯斯坦把伽利略略的力学相对对性原理推广广到了电磁物物理规律和一一切其他规律律，成为第一一个公设．(2)光速不不变原原理：：在所所有相相对光光源静静止或或做匀匀速直直线运运动的的惯性性系中中观察察，真真空中中的光光速都都相同同，与与光源源的运运动和和观察察者的的运动动没有有关系系．这这一条条公设设使我我们看看到一一幅与与传统统观念念截然然不同同的物物理图图像．．设想想从一一点光光源发发出一一光脉脉冲，，如人人从光光源在在其中中保持持静止止的参参考系系中观观察，，波前前为以以光源源为中中心的的球面面；如如从相相对于于光源源做匀匀速直直线运运动的的另一一参考考系观观察，，波前前将同同样是是以光光源为为中心心的球球面．．这预预示着着与伽伽利略略变换换不同同的时时空观观．即时应应用(即时突突破，，小试试牛刀刀)3．关于于狭义义相对对论的的两个个基本本公设设，下下列说说法中中正确确的是是()A．物体体的位位移、、速度度具有有相对对性，，所以以在不不同惯惯性系系中，，它们们所遵遵循的的物理理规律律不同同B．在惯惯性参参考系系中可可以通通过实实验的的方法法证实实该系系统是是静止止的还还是匀匀速运运动的的C．选不不同的的惯性性参考考系，，光的的传播播速度度不同同D．以上上说法法都不不正确确解析：：选D.根据狭狭义相相对论论的两两个基基本公公设可可知，，在不不同的的惯性性参考考系中中，一一切物物理规规律都都是相相同的的，故故A错；在在惯性性参考考系中中无法法通过过实验验的方方法确确定这这一系系统本本身的的运动动情况况，故故B错；真真空中中的光光速在在不同同的惯惯性参参考系系中都都是相相同的的，故故C错，正正确答答案为为D.课堂互动讲练对牛顿第二定律受参考系限制的认识类型一例1如图6－1－1所示，，在列列车车车厢的的光滑滑水平平面上上有一一个质质量为为m＝5kg的小球球，正正随车车厢一一起以以20m/s的速度度匀速速前进进．现现在给给小球球一个个水平平向前前的F＝5N的拉力力作用用，求求经过过10s时，车车厢里里的观观察者者和地地面上上的观观察者者看到到小球球的速速度分分别是是多少少？图6－1－1【答案】10m/s30m/s【方法总总结】在两个个惯性