《时间和空间的相对性》教案1
15.2 时间和空间的相对性 课件(人教版选修3-4)
一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的 长度小
时间间隔的相对性
由光速不变原理便得 到不同的时间间隔 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
时间间隔的相对性
ct
2 h
vt
2
对于车厢内的人： t 2h c
L=C·t2+v·t2 ③
v·t2
假设：地面观察者看到M发出的光束经N反射后M接受
的时间为t，则有： t=t1+t2
④
联立①②③④可得： l l0
1
v
2
c
结论：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总
比杆静止时的长度小;在垂直运动方向上，杆的长
度没有变化
即：动尺缩短，这是“同时”的相对性带来的一个普遍的 时空属性，他与物体的具体组成和结构无关，当物体运动 速度越接近光速，这种收缩效上的观察
M
N者认为尺子是静止的：
2L0=c·t0
①
L
M
地面观察者看到光束到N时，所用时间
t1 ，在t1内，尺子向前运动了V·t1 ，L为
N 地面观察者看到尺子长度:
M
V·t1+L=c·t1
②
N
光束经N反射后到达M所用时间t2，在
v·t1
t2时间内尺子的M端向前运动了Vt2
t0 1 v 2
c
三、时间间隔的相对性
（1）经典物理学认为，某两个事件，在不同的惯性参考 系中观察，他们的时间间隔总是相同的
（2）运动的人认为两个事件的时间间隔为，地面观察 者测得的时间间隔为△t，则两者关系为：
人教版高中物理教案-时间和空间的相对性
【教學目標】（一）知識與技能1．理解“同時”的相對性。
2．通過推理，知道時間間隔的相對性和長度的相對性。
3．通過對兩個結論的分析認識時間和空間是不能脫離物質而單獨存在的。
（二）過程與方法1．通過時間間隔相對性和長度相對性的推導，培養邏輯推理能力。
2．通過建立相對論時空觀，提高學生認識物質世界的能力。
（三）情感、態度與價值觀培養學生對邏輯推理形成的結論要有一個科學的接受態度。
【教學重點】同時的相對性，長度的相對性，時間間隔的相對性。
【教學難點】相對論的時空觀。
【教學方法】在教師的引導下，通過對具體實例的分析，建立模型、形成結論、形成理論，並在應用中加以鞏固。
【教學用具】投影儀及投影片。
【教學過程】（一）引入新課師：上一節課我們學習了狹義相對論的兩個假設。
請同學們回憶一下這兩個假設的內容。
生：在不同慣性參照系中，一切物理規律都是相同的；真空中的光速在不同慣性系中都是相同的。
師：根據這兩個假設，我們可以得出那些推論呢？這節課我們繼續來學習狹義相對論的有關知識。
（二）進行新課1．“同時”的相對性師：首先我們來認識一下“事件”的概念，在這裡我們說的事件可以指一個嬰兒的誕生，一個光子與觀測儀器的撞擊或閃電打擊地面等等.請大家再舉幾個例子。
生：光從光源發出，宇宙中某個星體的爆發，一個車輛的啟動等都是“事件”。
師：下面我們通過一個實例分析，來看看經典物理和相對論對同時的理解有何不同。
［投影問題］車廂長為L ，正以速度v 勻速向右運動，車廂底面光滑，現有兩隻完全相同的小球，從車廂中點以相同的速率v 0分別向前後勻速運動，（相對於車廂），問（1）在車廂內的觀察者看來，小球是否同時到達兩壁？（2）在地上的觀察者看來兩球是否同時到達兩壁？分析：在車上的觀察者看來，A 球經時間t A =02v L =02v L B 球經時間t B =02v L =02v L 因此兩球同時到達前後壁。
在經典物理學家看來，同時發生的兩件事在任何參照系中觀察，結果都是同時的，兩球也應同時到達前後壁.這是我們在日常生活中得到的結論。
第二节时间和空间的相对性
2L0=c·t0
①
L
M M N N
地面观察者看到光束到N时 地面观察者看到光束到 时，所用时间 t1 ，在t1内，尺子向前运动了V·t1 ，L为 尺子向前运动了 地面观察者看到尺子长度: V·t1+L=c·t1 ② 光束经N反射后到达 所用时间 光束经 反射后到达M所用时间t2，在 反射后到达 t2时间内尺子的 端向前运动了Vt2 时间内尺子的M端向前运动了
0.5c l' =l0 1− c
2
代入数据可得： 代入数据可得：
l ' =26m
二、长度的相对性
（1）经典物理学认为，一条杆的长度不会因为观察者 经典物理学认为， 是否与杆做相对运动而不同。 是否与杆做相对运动而不同。 （2）如果与杆相对静止的人认为杆长是 l 0 ，与杆相对运 则两者关系为： 动的人认为杆长是 l ，则两者关系为：
任意一个具有确定的发生时间和确定的发生 地点的物理现象。我们称之为一个事件。 地点的物理现象。我们称之为一个事件。
思考1 思考1： 从车厢中央的光源发出的闪光是否同时到达车厢 两壁？ A、B两壁？
A B
两个事件——光到达A 两个事件——光到达A ——光到达 光到达B 光到达B 甲和乙看到车厢中间灯光到达A 两壁的先后是不一样的 不一样的． 甲和乙看到车厢中间灯光到达A、B两壁的先后是不一样的． 的观察者认为光同时到达车厢的 同时到达车厢的A 甲的观察者认为光同时到达车厢的A、B两壁 的观察者认为光先到车厢 先到车厢A 后到B 乙的观察者认为光先到车厢A壁，后到B壁
课堂小结
一、“同时”是相对的 同时” 二、长度的相对性 2 v l = l0 1 − c
∆t = ∆τ v 1− c
(人教)高中物理选修34课件：15.12相对论的诞生 时间和空间的相对性
都是_一__样__的___．
(2)两个基本假设
狭义相对性 在不同的_惯__性___参考系中，一切
原理
物理规律都是_相__同___的
光速不变原 真空中的光速在不同的惯性参考
理
系中都是_相__同___的
二、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性 在经典物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同 时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的 两个假设，同时是_相__对___的． 2．长度的相对性 (1)经典物理学认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与 杆做__相__对__运__动___而不同．
(2)如果与杆相对静止人认为杆长是 L0，与杆相对运动的 人认为杆长是 L，则两者之间的关系为 L＝L0 1－vc2.
(3)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的 长度小．
3．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察， 它们的时间间隔总是_相__同___的． (2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中 观察，它们的时间间隔是_不__同___的． 设 Δτ 表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间 隔，Δt 表示相对事件发生地以 v 高速运动的参考系中观察同样
A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为 1.5c B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为 0.5c C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是 c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是 c
解析： 答案： CD
样理解“动尺变短”和“动钟变慢” 1．怎样理解“动尺变短”？ 狭义相对论中的长度公式：l＝l0 1－vc2中，l0 是相对于 杆静止的观察者测出的杆的长度，而 l 可以认为是杆沿自己的长 度方向以速度 v 运动时，静止的观察者测量的长度．还可以认 为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度 v 运动时测出的 杆的长度．
【教学设计】《时间和空间的相对性》(人教)
《时间和空间的相对性》教科书中第一部分用一个车厢中灯光照火车壁的例子生动的介绍了“同时”的相对性。
学生应理解，车上车下两个人的推理根据为狭义相对论的两个假设，理解两人的思考角度。
教师应注意介绍例子的同时要带领学生回顾一下狭义相对论的基本假设，防止学生听不懂或者理解不到位。
对于长度相对性的内容也是一样的过程。
教科书中的主要内容包括同时的相对性、时间间隔的相对性、长度的相对性等。
讲述此部分内容教师应注意：一些结论是从基本原理出发且经过逻辑推理并经过实验验证得出的，对于相对论的一些结论学生应弄清其含义。
本节内容属于理解性内容，主要的原理及本节涉及的一些结论及实验验证需理清。
学生应按照这个思路来学习。
【知识与能力目标】1.了解同时的相对性；2.知道运动长度的收缩；3.了解时间间隔的相对性及时空相对性的验证；4.了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别。
【过程与方法目标】理解从“同时相对性”出发得出“运动长度和时间间隔的相对性”的过程。
【情感态度价值观目标】体会相对论崭新的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。
【教学重点】从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性。
【教学难点】从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性。
多媒体课件等。
一、复习回顾：请同学们回忆一下狭义相对论的两个基本假设答：（1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都相同。
二、新课教学：（一）“同时”的相对性1.经典的时空观经典的时空观：同时是绝对的，即如果两个事件在一个参考系中被认为是同时的，在另一个参考系中一定也被认为是同时的。
2.相对论的时空观相对论的时空观：同时是相对的，即在一个惯性系中“同时”发生的两个事件，在另一个惯性系中可能是不同时的。
书中例子：一列火车匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，照到了车的前壁和后壁，车上车下两个观察者的想法不同。
高中物理第十五章相对论简介第1节第2节相对论的诞生时间和空间的相对性案新人教版选修
第1节 相对论的诞生 第2节 时间和空间的相对性1．知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设。
2．知道狭义相对论的几个主要结论，“同时”的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性。
3．了解时空相对性的验证，了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。
一、相对论的诞生 1．经典的相对性原理(1)惯性系：□01牛顿运动定律成立的参考系。
相对于一个惯性系做□02匀速直线运动的另一个参考系，也是惯性系。
(2)伽利略相对性原理：力学规律在任何□03惯性系中都是相同的。
2．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是□04相同的。
(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是□05相同的。
二、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是□01同时的。
(2)相对论的时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察不一定是同时的。
2．长度的相对性(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做□02相对运动而不同。
(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度□03小。
设与杆相对静止的观察者认为杆的长度为l 0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l ，则两者之间的关系是：l ＝□04l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2。
3．时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔总是□05相同的。
(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是□06不同的。
设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示相对事件发生地以v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt ＝□07Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2。
《时间和空间的相对性》参考教案
§15-2 时间和空间的相对性◆教学目标一、知识与技能：（1）同时的相对性（2）运动长度的收缩（3）时间间隔的相对（4）了解时空相对性的验证（5）了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别二、过程与方法：（1）理解同时相对性的推演过程（2）理解从“同时相对性”出发得出“运动长度和时间间隔的相对性”的过程三、情感态度和价值观：（1）体会相对论崭新的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。
（2）辩证地看待经典物理理论◆教学重点、难点从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性◆教学方法阅读小结◆教学手段多媒体课件◆教学活动一、“同时”的相对性知道“同时”的相对性是相对论两个假设的直接推论。
讲解过程中要强调理解的出发点必须是两个假设，否则无法理解。
两种情景中点发光情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁讲解关键：在各个参考系中光速都为c情况2：地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的利用相对运动原理，可假设车静人动，人和地面相当于火车，结果与前面相似让学生自己分析课本上的“思考与讨论”二、长度的相对性21⎪⎭⎫⎝⎛-=cvll1、要让学生知道长度的相对性(动尺缩短)，是“同时”的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著。
2、要讲清利用严格数学推导可以得到洛伦兹变换的相对论长度收缩公式。
3、要让学生理解长度收缩公式的物理意义，必须注意参考系的选择及参考系的运动状态。
三、时间间隔的相对性教学时要分析清楚“动钟变慢”与同时的相对性的联系，使学生知道运动的钟变慢是同时的相对性带来的时空属性。
①时间间隔的相对性可以通过长度的相对性的一些简单例子加以说明。
②要讲清“动钟变慢”(或时间膨胀)是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。
【高中物理】物理人教版选修3-4学案：第十五章第2节 时间和空间的相对性
2.时间和空间的相对性1．知道同时的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性。
2．了解时空相对性的实验验证。
3．知道狭义相对论的时空观：空间和时间与物质的运动状态有关。
根据相对论的时空观，运动起来时间就会变慢，那么下面这件事情又怎样判断呢？地面上的人认为A、B两个事件同时发生。
对于坐在火箭中沿两个事件发生地点的连线飞行的人来说，哪个事件先发生？提示：B事件先发生。
可以设想，在事件A发生时A处发出一个闪光，事件B发生时B 处发出一个闪光。
两闪光相遇作为一个事件，发生在AB的中点，这在不同参考系中看都是一样的。
相遇在中点这个现象在地面上很容易解释：两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度一样，当然在中点相遇。
但火箭上的人有如下推理：A、B扑面而来，在光向A、B传播的过程中，A、B两点向左移动了一段距离，所以光到A比到B多走一段距离，到B用时短些，所以火箭中的人认为B事件先发生。
1．“同时”的相对性(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察也是______的。
(2)相对论的时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察________的。
2．“长度”的相对性(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做________而不同。
(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度要____。
在垂直于运动方向上，杆的长度________。
(3)相对论中杆的长度公式：________________，其中l0是与杆静止的人认为的长度，l 是与杆相对运动速度为v的人认为的杆的长度。
3．时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是______的。
(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是______的，惯性系的速度越大，惯性系中的物理过程进行得越____。
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《时间和空间的相对性》教案
◆教学目标
一、知识与技能：
（1）同时的相对性
（2）运动长度的收缩
（3）时间间隔的相对
（4）了解时空相对性的验证
（5）了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别
二、过程与方法：
（1）理解同时相对性的推演过程
（2）理解从“同时相对性”出发得出“运动长度和时间间隔的相对性”的过程
三、情感态度和价值观：
（1）体会相对论崭新的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。
（2）辩证地看待经典物理理论
◆教学重点、难点
从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性
◆教学方法
阅读小结
◆教学手段
多媒体课件
◆教学活动
一、“同时”的相对性
知道“同时”的相对性是相对论两个假设的直接推论。
讲解过程中要强调理解的出发点必须是两个假设，否则无法理解。
两种情景
中点发光
情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁 讲解关键：在各个参考系中光速都为c
情况2：地面 上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的 利用相对运动原理，可假设车静人动 ，人和地面相当于火车，结果与前面相似
让学生自己分析课本上的“思考与讨论” 二、长度的相对性
2
1⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=c v l l
1、要让学生知道长度的相对性(动尺缩短)，是“同时”的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著。
2、要讲清利用严格数学推导可以得到洛伦兹变换的相对论长度收缩公式。
3、要让学生理解长度收缩公式的物理意义，必须注意参考系的选择及参考系的运动状态。
三、时间间隔的相对性
教学时要分析清楚“动钟变慢”与同时的相对性的联系，使学生知道运动的钟变慢是同时的相对性带来的时空属性。
①时间间隔的相对性可以通过长度的相对性的一些简单例子加以说明。
②要讲清“动钟变慢”(或时间膨胀)是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。
③教学中特别指出，运动时钟变慢完全是相对的，由于两个惯性参考系是平权的，在它们上面的观测者都将发现对方的钟变慢了。
四、时空相对性的验证
根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢．
早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论预言完全一致．
1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的很好．这是相对论的第一次宏观验证．
2
01⎪⎭
⎫
⎝⎛-∆=
∆c v t t
五、相对论的时空观
牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。
而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。
人类对于空间、时间更进一步的认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。
六、小结 见板书 七、作业
1、课本P 114 1、
2、
3、
4、5 2、完成《第二教材》相关练习
板书设计
§15－2 时间和空间的相对性 一、“同时”的相对性
1、对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的
2、地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的 二、长度的相对性
一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小
三、时间间隔的相对性
四、时间和空间的相对性验证 五、相对论的时空观
2
1⎪⎭⎫
⎝⎛-=c v l l 2
1⎪⎭
⎫ ⎝⎛-∆=
∆c v t t。