【教学设计】《狭义相对论的两个基本假设》(教科版)

《狭义相对论的两个基本假设》

【知识与能力目标】

1. 了解狭义相对论的两个基本假设

.

2. 了解狭义相对论的几个主要结论

3. 了解经典时空观与相对论时空观的重要区别．

【过程与方法目标】

【情感态度价值观目标】

【教学重点】

1. 了解狭义相对论的两个基本假设

. 2. 了解狭义相对论的几个主要结论

【教学难点】

了解经典时空观与相对论时空观的重要区别．

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2．狭义相对论的两个基本假设：(1)对不同的惯性系， 规律都是 的．(2)光在 运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是 的．

3．狭义相对论的时空观认为：同时是 的，即在一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中观测不一定是 的．

4．相对时间间隔公式：设τ0表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，τ表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是τ＝τ01－u2c2

≥τ0. 5．相对长度公式：设在车厢参考系内测得的窗户的水平长度为l0，称为固有长度，在站台上测得的窗户的长度为l ，车厢的速率为u ，则l 、l0、u 的关系是l ＝ ＝u τ1－u2c2

或l ＝l01－u2c2

. 6．相对论认为 的量度是有联系的，与物体的 有关，是相对的．经典物理学则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间和时间之间没有什么联系．

[问题设计]

如图1所示，光源在参考系O 中

图1

(1)根据伽利略速度变换公式，计算当参考系O ′与参考系O 相对静止时，O ′相对于O 以速度v 向右匀速运动时以及O ′相对于O 以速度v 向左匀速运动时人看到的光速分别是多少？

(2)根据狭义相对论原理，在不同的参考系中，光速的大小是不同的吗？

(3)伽利略速度变换公式是错误的吗？

狭义相对论的两个基本假设 1．爱因斯坦相对性原理 对不同的惯性系， (包括 的和 的)都是一样的．

2．光速不变原理

光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是 的．

三、同时的相对性 时间间隔的相对性

[问题设计]

1．如图2所示，一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照亮了车厢的前壁和后壁．车上的人观察到闪光是同时照亮前后壁吗？地面上的人是怎么认为的？

图2

2．某人在这列火车上拍了两下桌子，车上的人观测的两次拍桌子的时间间隔与地面上的人

观测的时间间隔相同吗？

[要点提炼]

1．“同时”的相对性

(1)经典物理学认为：如果两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也 (

填“一定”或“不一定”)是同时发生的．

(2)狭义相对论的时空观认为：同时是 的，即在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 (填“一定”或“不一定”)是同时发生的．

2．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)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式τ＝τ01－u2c2

，也就是说，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀．

四、长度的相对性 相对论时空观

[问题设计]

如图3所示，假设杆MN 沿着车厢的运动方向固定在火车上，且与火车一起运动，火车上的人测量杆的长度与地面上的人测得杆的长度相同吗？

图3

[要点提炼]

1．长度的相对性(尺缩效应)

(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)狭义相对论认为“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式：l ＝l0

1－u2c2

，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度

2．经典时空观和狭义相对论时空观

(1)经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间 ，即与物质的运动

(2)狭义相对论时空观：空间和时间与物质运动状态

一、对狭义相对论的理解

例1根据狭义相对论原理，考虑以下几个问题：

(1)如图4所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？

(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？

(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？

图4

二、时间、时空的相对性

例2如图5所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()

图5

A．同时被照亮 B．A先被照亮

C．C先被照亮 D．无法判断

例3在一飞船上测得飞船的长度为100 m，高度为10 m．当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？

1．(狭义相对论)关于狭义相对论，下列说法不正确的是( )

A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的

B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系

D．狭义相对论任何情况下都适用

2．(狭义相对论)如图6所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )

图6

A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c

3．(时间和时空的相对性)如图7所示，某车沿水平方向高速行驶，车厢中央的光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前、后壁，则地面上的观察者认为该闪光________(选填“先到达前壁”、“先到达后壁”或“同时到达前后壁”)，同时他观察到车厢的长度比静止时变________(选填“长”或“短”)了．

图7