(统编版)2020学年高中物理第六章相对论第节牛顿力学中运动的相对性教学案教科版选修

《牛顿力学中运动的相对性》
【知识与能力目标】
了解牛顿力学中运动的相对性
了解伽利略相对性原理
【过程与方法目标】
了解牛顿力学中运动的相对性
了解伽利略相对性原理
【情感态度价值观目标】
了解牛顿力学中运动的相对性
【教学重点】
了解牛顿力学中运动的相对性
【教学难点】
了解伽利略相对性原理
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在描述物体的运动时，为使研究问题更简便，要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于它的位置是否随时间变化以及怎样变化，这种用来做参考的物体称为
1．伽利略相对性原理：的规律在任何中都是一样的．
一、牛顿力学中运动的相对性
[问题设计]
在一艘大船密闭的船舱里，你能否通过观察自由释放的小球的运动判断大船是静止还是在匀速行驶？。

第3节 时间、长度的相对性对应学生用书P76[自读教材·抓基础]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可能不是同时而是一先一后发生的。

2．运动时钟的变慢(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τ0表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间隔，τ表示相对事件发生地以u 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τ＝τ01－u 2c 2。

3．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1.在一个参考系中，同时发生的两个事件在另一惯性系中观察可能是不同时发生的。

2．运动的时钟变慢了，时间间隔的相对性公式为τ＝τ01－(u c )2。

3．运动的尺子变短了，长度的相对性公式为l ＝l 01－(u c )2。

总比静止时的长度小。

设相对于杆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 ，杆相对于观察者的速度为u ，则l 、l 0、u 的关系是：l ＝l 01－u 2c 2。

[跟随名师·解疑难]1．对“动钟变慢”的理解(1)由时间间隔的相对性公式：τ＝τ01－u c 2，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。

(2)时间延缓效应的来源是光速不变原理。

(3)时间延缓效应是时空的一种属性。

在运动参考系中的时间节奏变缓慢了。

(一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏变慢了) 2．对“动棒缩短”的理解 (1)狭义相对论中的长度公式：l ＝l 01－uc 2中，l 0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u 运动时，静止的观察者测量的长度。

教科版高中物理选修（3-4）第六章《相对论》学案一、时间和空间的相对性1．与运动的惯性系相对静止的人认为两个事件时间间隔为τ0，地面观察者测得的时间间隔为τ，则两者之间关系为τ＝τ01－⎝⎛⎭⎫v c 2. 2．(1)如果与杆相对静止的人认为杆长是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 ＝l01－u2c2. (2)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．例1 在实验室中测得以速度0.8c 运动的π介子的平均寿命为4×10－8秒，与π介子一起运动的观察者认为π介子的平均寿命是多少？例2 某列长为100 m 的火车，若分别以v1＝30 m/s 和v2＝2.7×108 m/s 的速度做匀速直线运动，则对地面的观察者来说其长度分别缩短了多少？二、相对论速度变换公式设参考系相对地面的运动速度为v ，参考系中的物体以速度u ′沿参考系运动的方向相对参考系运动，那么物体相对地面的速度u ＝u ′＋v 1＋u ′v c2. (1)当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时，公式中的u ′取负值．(2)若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用．(3)由公式可知：u 一定比u ′＋v 小，但当u ′和v 都比c 小得多时，可认为u ＝u ′＋v ，这就是低速下的近似，即经典力学中的速度叠加．(4)当u ′＝v ＝c 时，u ＝c ，证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理．例3 设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.6c 的速率向东飞行，5 s 后该飞船将与一个以0.8c 的速率向西飞行的彗星相撞．试问：(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星相撞？三、质速关系和质能关系1．质速关系物体的质量会随物体的速度的增大而增大，物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m0之间的关系m ＝m01－(v c)2. (1)v ≪c 时，(v c)2≈0此时有m ≈m0，也就是说：低速运动的物体，可认为其质量与物体的运动状态无关．(2)物体的运动速率无限接近光速时，其相对论质量也将无限增大，其惯性也将无限增大，其运动状态的改变也就越难，所以超光速是不可能的．2．质能关系(1)相对于一个惯性参考系，以速度v 运动的物体其具有的相对论能量E ＝mc2＝m0c21－v2c2＝E01－v2c2. 其中E0＝m0c2为物体相对于参考系静止时的能量．(2)在相对论下，运动物体的动能Ek ＝mc2－m0c2.(3)物体的能量变化ΔE 与质量变化Δm 的对应关系为ΔE ＝Δmc2.例4 一电子以0.99c 的速率运动．问：(1)电子的总能量是多少？(2)电子的经典力学的动能与相对论动能之比是多少？(电子静止质量m0＝9.1×10－31 kg)1．(对相对论的认识)关于质量和长度，下列说法中正确的是()A．物体的质量与运动状态无关，是物体本身的属性B．物体的质量与运动状态有关，只是在速度较小的情况下，其影响可忽略不计C．物体的长度与运动状态无关，是物体本身的属性D．物体的长度与运动状态有关，只是在速度较小的情况下，其影响可忽略不计2．(空间的相对性)一观察者测得运动着的米尺长为0.5 m，静止时长度为1 m，求此米尺以多大的速度移动．3．(质速关系和质能关系)电子的静止质量m0＝9.11×10－31 kg.(1)试分别用焦耳和电子伏为单位来表示电子的静质能．(2)静止电子经过106 V电压加速后，其质量和速率各是多少？。

第六章相对论 1.牛顿力学中运动的相对性2．狭义相对论的两个基本假设导学案【学习目标】1.知道经典力学相对性原理，知道绝对时空观以及伽利略变换.2.理解狭义相对论的两个基本假设，知道其提出的事实依据.【重点】1.伽利略相对性原理以及伽利略变换.2.狭义相对论的两个基本假设.【难点】狭义相对论两个基本假设的理解与应用.【新课程标准】知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论。

例1 知道同时的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性。

例2 知道相对论速度叠加规律。

【课前预习案】【使用说明】1．同学们要先通读教材，然后依据课前预习案再研究教材；通过梳理知道经典力学相对性原理，知道绝对时空观以及伽利略变换..理解狭义相对论的两个基本假设。

2．勾划课本并写上提示语．标注序号；完成学案，熟记基础知识，用红笔标注疑问。

【教材助读】1．伽利略的相对性原理(1)惯性系定律能够成立的参考系．相对一个惯性系做运动的另一个参考系也是惯性系．（2）非惯件系：定律不成立的参考系称为非惯件系(3)伽利略相对性原理：对伽利略相对性原理通常有以下两种表述：①在相对做_________运动的惯性参考系中，力学现象都以_____的规律进行.②在任何惯性参考系中，___________都是一样的，都可以用牛顿定律来描述.力学规律在任何惯性系中都是相同的．2.经典时空观：牛顿认为：绝对的、真正的和数学的时间在_______、与任何外界事物无关地流逝着；绝对空间与外界任何事物无关，永远是相同的和_____的.时间和空间_________、互不相关.3.伽利略速度变换公式：相对地面以速率u开行的车厢内，物体相对于车厢以速率v′向前运动时，物体对地面的速率就是________，如果物体向后运动时，相对于地面的速率就是________.速率从一个参考系变换到另一个参考系的关系式称为伽利略速度变换公式.二、狭义相对论的两个基本假设1.牛顿力学与电磁学理论的矛盾:按照麦克斯韦理论，真空中的光速c应当是一个电磁学常量，在不同惯性系中应当有_____的值，按照伽利略速度变换公式，在不同惯性系中的真空中光速应当有_____的值.1．关于非惯性系，下列说法正确的是( ）A．匀速行驶的参考系是非惯性系B.变速运动的参考系是非惯性系C.牛顿定律在非惯性系中不再成立D．牛顿定律在非惯性系中仍然成立2．下列关于经典力学的评价正确的是( )A．经典力学揭示了自然界的运动规律，是不可否定的B．经典力学的时空观符合我们周围的客观事实是完全正确的C.经典力学只适用于宏观低速现象D．经典力学既然有误，不能再用来解决我们日常生活的问题3.【判一判】(1)以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性，它只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界.( )(2)相对论与量子力学的出现否定了经典力学理论.( )(3)伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳演绎法”是经典力学方法的典型.( )4.飞船在高空以0.1c的速度向目标飞行，在飞船上向目标方向发射一个光信号，则在地面的观察者看来光信号的速度是1.1c吗?【问题反馈】：请将你在预习本节中遇到的问题写在下面【课内探究案】探究一伽利略相对性原理问题1．如何理解经典相对性原理？问题2小船在平静的水面上静止，从桅杆上释放一小球，船上和岸上的人观测到小球都做自由落体运动，若小船在平静的水面上匀速航行，再从桅杆上释放小球，船上的人观测到小球仍做自由落体运动，落到小船静止时相同的落地点，而岸上的人则观察到小球做平抛运动，很显然这两个人观察到的运动现象不一样，那么小球在这两次下落中是否遵循同样的运动规律呢?【小结】1．经典力学的相对性原理力学规律在任何惯性参考系中都是相同的．2．绝对时空观认为：(1)同时性是绝对的，是不随参考系的变化而变化的．(2)某事件经历的时间是不会因参考系不同而不同，即时间是绝对的．(3)空间也是绝对的，与物体的运动无关，与观测者是否运动也无关．(4)宇宙中存在一个绝对静止的惯性参考系．(5)两个观察者分别在不同的惯性系中，观察同一事物的结果时，可以通过伽利略变换将他们的观察结果联系起来．3．经典的相对性原理在电磁学领域里遭遇到了困惑，绝对时空观遭遇了著名的麦克尔逊一莫雷实验“零结果”事实的严峻挑战．探究二如何理解经典时空观问题1)经典力学理论对时间和空间的认识问题2经典时空观的意义探究三伽利略速度变换如图6-1-19课本）在一节相对地面以速率u开行的车厢内，小丽相当于车厢的速率v′向前急跑时，她对地面的速率v是多少？如果她向后跑时，相对地面的速率v又是多少？例1如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=5 kg的小球，正随车厢一起以20 m／s的速度匀速前进，现在给小球一个水平向前的F=5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度大小分别是多少?方法一：应用牛顿定律和运动学公式方法二：根据速度合成法则【规律总结】在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m／s，另一个30 m／s，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则．也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的．探究四狭义相对论的两个基本假设问题1.在经典力学中如果某一惯性系如果存在一个特殊的参考系O，光对这个参考系的速度是c，另一个参考系O′以速度v沿光传播的方向相对参考系O运动，那么在O′中观测到的光速就应该是c-v吗？，如果参考系O′逆着光的传播方向运动，在参考系O′中观测到的光速就应该是c+v？.问题2狭义相对论的两个假设这两个假设是麦克尔逊的直接结论，但由于是有限的几次实验的结论还要大量实验来证明．还要经过逻辑推理的大量推论来验证才能成为真正的原理．问题3.(1)如图所示，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，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，人看到的光速又是多少? 【规律总结】光速在任何惯性参考系中的速度是不变的，对于高速物体，伽利略速度变换公式不再适用．☆探究五．总结提高问题1.惯性系和非惯性系的区别问题2.两个相对性原理的区别【本堂检测】1．下列几种说法：(1)所有惯性系统对物理基本规律都是等价的.(2)在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关．(3)在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．其中哪些说法是正确的（)．A．只有(1)(2)是正确的B．只有(1)(3)是正确的C．只有(2)(3)是正确的D三种说法都是正确的2．一艘轮船在静水中的航行速度为30 km／h．如果在长江中航行，江水的流速为4 km／h。

1 牛顿力学中运动的相对性2 狭义相对论的两个基本假设3 时间、长度的相对性[学习目标] 1.了解牛顿力学中运动的相对性.2.了解伽利略相对性原理及其速度变换公式.3.了解狭义相对论的两个基本假设.4.了解狭义相对论的几个主要结论.5.了解经典时空观与相对论时空观的重要区别.一、牛顿力学中运动的相对性1.伽利略相对性原理：在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的.2.经典时空观经典时空观认为时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，时间和空间是相互独立、互不相关的.3.伽利略速度变换公式若车厢相对地面以u向前行驶，车厢内人相对车厢以速率v′向前跑，则人对地面的速率为v＝u＋v′；若人向车后跑，相对地面的速率为v＝u－v′.二、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，物理规律(包括力学的和电磁的)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相同的.三、时间、长度的相对性1.同时的相对性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时：(1)经典的时空观认为一定(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不一定(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相同的.(2)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式τ＝τ01－u2 c2，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.3.长度的相对性(动棒缩短效应)(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相对运动而不同.(2)狭义相对论认为“动棒缩短”：狭义相对论中的长度公式：l＝l01－u2c2，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变.4.相对论时空观时间和空间的量度与物体的运动有关，是相对的.[即学即用] 判断下列说法的正误.(1)一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学的观点.( √)(2)一根杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0.( ×)(3)“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化.( ×)(4)高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了.( √)一、伽利略相对性原理与狭义相对论[导学探究] (1)如图1所示，小球相对于参考系O以速度v0向右抛出，人相对于参考系O′静止，当参考系O′相对于参考系O静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到小球的速度分别为多大？图1(2)如图2所示，光源相对于参考系O静止，人相对于参考系O′静止，当参考系O′相对于参考系O静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到的光源发出光的传播速度分别为多大？图2答案(1)分别为v0、v0－v、v0＋v(2)人观察到的光速都是c[知识深化]1.惯性系与非惯性系的确定：我们通常选取大地为惯性系，相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性系，相对于地面做变速运动的物体都是非惯性系.2.光的传播速度与惯性系的选取无关.在任何情况下，真空中的光速都是c.例1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运动的惯性系D.狭义相对论在任何情况下都适用答案 D解析根据狭义相对论的基本假设可知，选项A、B正确；狭义相对论只涉及惯性参考系，不涉及非惯性参考系，选项D错误，C正确.例2如图3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3答案 D解析根据爱因斯坦狭义相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变，所以壮壮观测到该光束的传播速度为c，所以A、B、C错误.1.各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们遵循的物理规律是相同的.2.光速不变原理强调真空中的光速恒定不变，与光源、观察者间的相对运动没有关系.二、时间和长度的相对性[导学探究] 如图4所示，一列车以速度v 经过站台，站台中部的观察者C 看到列车车头正好到达站台最右端的A 人时，车尾正好到达站台最左端的B 人.图4(1)若此时站台上的观察者C 看到A 、B 两人同时面向列车举起手中的小红旗，那么站在列车中点的观察者C ′看到A 、B 两人是同时举旗的吗？如果不是同时举旗，他会看到哪个人先举旗？(2)站台上的观察者C 看到列车长度刚好和站台长度相同，列车上的观察者C ′认为列车长度和站台长度相同吗？如果不相同，他认为列车长还是站台长？(3)假定列车上的观察者C ′举起小红旗向站台上的A 、B 两人挥动致意，他认为自己从举起小红旗到放下小红旗的时间为t ，站台上的观察者C 观察到他举旗的时间也为t 吗？如果不是t ，他认为这个时间比t 长还是短？答案 (1)不是同时举旗，他看到A 人先举旗 (2)列车长度和站台长度不相同，他认为列车长 (3)不是t ，他认为这个时间比t 长例3 假设地面上长100km 的直铁路上空有一火箭沿铁路方向以30km/s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？答案 100km 80km解析 当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c 时，由相对论长度公式l ＝l 01－(uc )2代入相应的数据解得：l ＝100×1－0.62km ＝80 km.应用相对论效应解题的一般步骤1.应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度.2.明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果.3.应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算.例4 π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s.(在它自己的参考系中测得)(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c 的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？(2)在(1)中实验室坐标系里测量的π＋介子在衰变前运动了多长距离？答案 (1)4.3×10－8s (2)10.32m解析 (1)π＋介子在实验室中的寿命为 τ＝τ01－(u c)2＝2.6×10－81－0.82 s ≈4.3×10－8 s. (2)该粒子在衰变前运动的距离为x ＝u Δt ＝0.8×3×108×4.3×10－8m ＝10.32 m.1.(伽利略相对性原理)以下说法中正确的是( )A.经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的B.经典物理规律也适用于高速运动的物体C.力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的D.力学规律在任何惯性系里都是等价的答案 D解析 在所有惯性系中，一切力学规律都是等价的，故D 正确，C 错误；经典物理规律是狭义相对论在低速状态下的一个近似，所以经典物理规律只适用于低速运动的物体，而经典物理中的速度合成公式也只适用于低速情况，故A 、B 错误.2.(狭义相对论)(多选)下面说法正确的是( )A.在以11000c 竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c 大 B.在以11000c 竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c 小 C.在以11000c 竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为c D.在以11000c 竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c 答案 CD解析 根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：真空中的光速相对于火箭的速度为c ，相对于地面的速度也为c ，即对不同的惯性参考系光速是相同的，因此C 、D 正确，A 、B 错误.3.(空间的相对性)惯性系S 中有一边长为l 的正方形(如图5所示).从相对S 系沿x 轴方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是( )图5答案 C解析 从相对S 系沿x 轴方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察S 中的正方形，根据相对论效应可知，沿x 轴方向正方形边长缩短，而沿y 轴方向正方形边长没有改变，则其形状变成长方形，故C 正确，A 、B 、D 错误.4.(时间的相对性)如图6所示，A 、B 、C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B 、C 分别放在以速度v B 和v C 朝同一方向飞行的两枚火箭上，且v B ＜v C .地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？图6答案 火箭C 上的时钟走得最慢，地面上的时钟走得最快解析 根据公式τ＝τ01－⎝ ⎛⎭⎪⎫u c 2可知，相对于观察者的速度u 越大，其上的时间进程越慢，地面上的观察者认为C 钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大；由τ＝τ01－(u c )2知τ0<τ，故地面上的时钟走得最快.一、选择题考点一 伽利略相对性原理与狭义相对论1.(多选)根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论( )A.力学规律在任何惯性系中都是相同的B.同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C.在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否在匀速运动D.在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在匀速运动答案 AC2.经典力学规律不适用于( )A.子弹的飞行B.飞船绕地球的运行C.列车的运行D.粒子的接近光速的运动答案 D解析经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行，经典力学均能适用，故A、B、C错误；粒子的接近光速的运动，对于微观高速的情形经典力学不适用，故D正确.3.(多选)如果牛顿运动定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，则在参考系B中( )A.牛顿运动定律也同样成立B.牛顿运动定律不能成立C.A和B两个参考系中，一切物理定律都是相同的D.参考系B也是惯性参考系答案ACD解析根据狭义相对性原理，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是相同的.4.下列几种说法：(1)所有惯性系对物理基本规律都是等价的.(2)在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关.(3)在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同.关于上述说法( )A.只有(1)(2)是正确的B.只有(1)(3)是正确的C.只有(2)(3)是正确的D.三种说法都是正确的答案 D解析狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可能因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的.光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，光速都是相同的.即光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的.考点二时间和空间的相对性5.如图1所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′.则S和S′的大小关系是( )图1A.S >S ′B.S ＝S ′C.S <S ′D.无法判断 答案 A解析 观察者B 以0.8倍光速平行y 轴正方向运动，根据尺缩效应可知，B 观察到的钟沿y 轴方向的直径将减小，而沿z 轴方向的直径不变，钟的面积将比静止的观察者看到的面积要小，即S 大于S ′，故选A.6.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )A.这个人是一个矮胖子B.这个人是一个瘦高个子C.这个人矮但不胖D.这个人瘦但不高答案 D解析 取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D.7.(多选)用相对论的观点判断下列说法，其中正确的是( )A.时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B.在地面上看，以10km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C.在地面上的人看来，以10km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变短，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D.当物体运动的速度v 远小于c 时，“长度收缩”和“时间膨胀”效果可忽略不计 答案 CD解析 时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A 、B 错误；由l ＝l 01－(uc )2可知两处的人都感觉l ＜l 0，所以C 正确；由尺缩效应和时间延缓效应公式可知，当u 远小于c 时，尺缩效应和钟慢效应都可以忽略不计，所以D 正确.8.如图2所示，在一个高速转动的巨大转盘上放着A 、B 、C 三个时钟，下列说法正确的是( )图2A.A 时钟走时最慢，B 时钟走时最快B.A 时钟走时最慢，C 时钟走时最快C.C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快D.B 时钟走时最慢，A 时钟走时最快答案 C解析 A 、B 、C 三个时钟中，C 相对于地面的速度最大，A 相对于地面的速度最小；由τ＝τ01－(u c )2可知，C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快，故选项C 正确.9.如图3，假设一根10m 长的梭镖以光速穿过一根10m 长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的.以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子情况的是( )图3A.梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B.管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D.所有这些都与观察者的运动情况有关答案 D解析 如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全在管子内部.然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子，故D 正确，A 、B 、C 错误.二、非选择题10.(时间和空间的相对性)甲、乙两人站在地面上时身高都是L 0，甲、乙分别乘坐速度为0.6c 和0.8c (c 为光速)的飞船同向运动，如图4所示.此时乙观察到甲的身高L ________L 0；若甲向乙挥手，动作时间为t 0，乙观察到甲动作时间为t 1，则t 1________t 0(均选填“＞”“＝”或“＜”).图4答案＝＞解析在垂直于运动方向上长度不变，则有L＝L0；根据狭义相对论的时间延缓效应可知，乙观察到甲的动作时间变长，即t1＞t0.。

高中物理牛顿运动定律公开课教案一、教学目标1. 让学生理解牛顿运动定律的基本概念和原理。

2. 培养学生运用牛顿运动定律分析和解决物理问题的能力。

3. 引导学生通过实验和观察，验证牛顿运动定律的正确性。

二、教学内容1. 第一定律：惯性定律定义惯性的概念解释物体静止或匀速直线运动的原因探讨惯性与质量的关系2. 第二定律：加速度定律定义加速度的概念表达式F=ma 的含义和应用分析力、质量和加速度之间的关系3. 第三定律：作用与反作用定律解释作用力和反作用力的概念探讨作用力和反作用力的大小相等、方向相反的原理分析作用力和反作用力在实际生活中的应用三、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生主动思考和探索。

2. 利用实验和观察，让学生亲身体验和验证牛顿运动定律。

3. 通过实例分析和问题解决，培养学生运用牛顿运动定律解决实际问题的能力。

四、教学准备1. 实验器材：小车、滑轮、弹簧秤、测力计等。

2. 教学工具：PPT、黑板、粉笔等。

3. 参考资料：相关教材、实验指导书等。

五、教学过程1. 导入：通过一个简单的日常生活中的例子，引出牛顿运动定律的概念。

2. 讲解：分别讲解牛顿的三个运动定律，结合PPT和实物展示，让学生清晰地理解每个定律的原理和应用。

3. 实验：安排学生进行实验，观察和记录实验结果，让学生亲身体验和验证牛顿运动定律。

4. 分析：引导学生分析实验结果，归纳和总结牛顿运动定律的规律。

5. 练习：布置一些相关的练习题，让学生运用所学的知识解决问题。

6. 总结：对本节课的内容进行总结，强调牛顿运动定律的重要性和应用范围。

7. 布置作业：布置一些相关的作业，让学生进一步巩固所学的知识。

六、教学评估1. 课堂提问：通过提问了解学生对牛顿运动定律的理解程度。

2. 实验报告：评估学生在实验中的观察、分析和解决问题的能力。

3. 作业批改：检查学生对牛顿运动定律的应用和理解，及时给予反馈。

1. 探讨牛顿运动定律在现代科技领域的应用，如航天、汽车工程等。

学 习 资 料 汇编第1、2节 牛顿力学中运动的相对性 狭义相对论的两个基本假设对应学生用书P73[自读教材·抓基础] 1．伽利略相对性原理 (1)在做匀速直线运动的惯性参考系中，力学现象都以同样的规律进行。

(2)在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的，都可以用牛顿定律来描述。

2．经典时空观牛顿认为：绝对的、真正的和数学的时间在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着；绝对空间与外界任何事物无关，永远是相同的和不动的。

时间和空间相互独立、互不相关。

3．伽利略速度变换 相对地面以速率u 开行的车厢内，物体相对于车厢以速率v ′向前运动时，物体对地面的速率就是v ＝u ＋v ′；如果物体向后运动时，相对于地面的速率就是v ＝u －v ′。

速率从一个参考系变换到另一个参考系的关系式称为伽利略速度变换公式。

[跟随名师·解疑难]1．经典力学的相对性原理的理解(1)经典力学相对性原理：1.经典的时空观认为时间是绝对的，空间是绝对的，时间和空间相互独立、互不相关。

2．爱因斯坦狭义相对论认为对不同的惯性系，物理规律都是一样的。

3．在不同的惯性系中，光在真空中传播的速率都是一样的，恒为c ，这就是光速不变原理。

力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性系都是等价的。

但物体相对于不同的参考系运动的结果不同。

(2)理解经典力学的相对性原理应注意的问题：①惯性系和非惯性系。

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。

相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系，就是惯性系。

牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。

例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立。

这里加速的车厢就是非惯性系。

② 这里的力学规律指的是“经典力学规律”。

第1节牛顿眼中的世界课堂互动三点剖析一、经典力学的相对性原理通过任何力学实验，都不可能发现惯性系是处于绝对静止状态还是做匀速直线运动，也就是说，不可能通过力学实验测得惯性系的绝对速度.这种现象表明，力学规律在任何惯性系中都是相同的.这个结论称为经典力学的相对性原理.【例1】如果你在一辆加速的汽车里掉下一枚硬币，硬币将落到什么地方？如果汽车减速或向右拐弯呢？解答：硬币刚落的瞬间，硬币和汽车在水平方向的速度应该是相同的，但硬币在落地的过程中，硬币水平速度不变，而汽车是加速的，所以，当硬币落下时汽车的水平位移大于硬币，硬币将会落在下落点正下方的后面.同理，当汽车减速时，硬币将落在下落点正下方的前面，向右拐弯时，硬币将落在下落点正下方的左面.二、绝对时空观在牛顿的世界里，力学规律之所以在任何惯性系中表达形式都相同，其根本原因是时间与空间不会随参考系不同而变化，也就是说时间和空间是绝对的，这就是绝对时空观.绝对时空观认为，同时性是绝对的，两个同时发生的事件，不论是静止的观察者还是运动的观察者，他们测得这两个事件发生的时刻是相同的.绝对时间是指某事件经历的时间不会因参考系不同而不同，时间永远均匀地流逝着，与物质无关，与运动无关.绝对空间是指宇宙中存在一个绝对静止的参考系，力学规律首先应当能在这个参考系中准确地陈述，这个绝对静止的惯性系与时间无关，永恒不变，它可以脱离物质独立存在.绝对时间和绝对空间是经典物理学的支柱.【例2】设有甲、乙两人，甲以2 m/s的速度向东行走，乙以1.5 m/s的速度向西行走，求甲相对乙的速度大小为_______________.解析：本题主要是考查了速度的相对性，确定一个物体速度的前提是参考系的选取，首先要知道甲是以乙为参考系的，然后转化为数学问题求解.设甲相对乙的速度为v,则v=2 m/s-(-1.5) m/s=3.5 m/s.答案：3.5 m/s各个击破类题演练1根据经典力学的相对性原理，如果你不向外看，就不能检测出你所在的参考系的速度.那么，对你所在参考系的加速度，不看外面能检测出来吗？解答：可以检测参考系的加速度.比如，我们可以通过悬挂一个小球的方法，通过悬线与竖直方向之间的夹角，来得出加速度的大小和方向.变式提升1一艘轮船在静水中的航行速度为30 km/h.如果在长江中航行，江水的流速为4 km/h，那么轮船顺水和逆水时航行速度分别为多大？解析：顺水时v=v船+v水=（30+4）km/h=34 km/h.逆水时v=v船-v水=26 km/h.答案：34 km/h 26 km/h类题演练2设有A、B两列车，分别以5 km/s、10 km/s的速度向东行驶，则B相对A的速度大小为_____________，方向_____________.解析：以A为参考系，B的速度v B′=v B-v A=5 km/s，方向向东.答案：5 km/s 向东变式提升2下列说法中正确的是（）A.被选作参考系的物体是假定不动的B.一乘客在车厢内走动的时候，他就说车是运动的C.研究地面上物体的运动，必须选取地面为参考系D.质点运动的轨迹是直线还是曲线，与参考系的选取有关解析：宇宙间的一切物体都处在永恒的运动中，被选作参考系的物体只是被假定不动，所以选项A正确.物体是运动的还是静止的是相对于参考系而言的，在车厢内走动的人，在没有明确参考系之前就说车是运动的是错误的，所以选项B错.研究物体的运动时，参考系是可以任意选取的，所以选项C错.同一物体的运动，选择不同的参考系所观察到的轨迹不同，D 正确.本题考查了机械运动的常识.在研究物体是运动的还是静止的时，首先要选定参考系；参考系的选择原则是任意的；质点的运动轨迹，是以观察者看到的情况而定的.答案：AD。

运动的相对性教案一、教学目标1. 让学生理解运动和静止的概念，掌握相对性原理。

2. 培养学生观察、思考和分析问题的能力。

3. 引导学生运用相对性原理解决实际问题。

二、教学内容1. 运动和静止的概念2. 相对性原理3. 运动和静止的判断4. 相对性原理在实际中的应用三、教学重点与难点1. 教学重点：运动和静止的概念，相对性原理。

2. 教学难点：运动和静止的判断，相对性原理在实际中的应用。

四、教学方法1. 采用问题导入法，引导学生思考和探讨问题。

2. 利用实例分析，让学生直观地理解运动和静止的概念。

3. 运用小组讨论法，培养学生的合作意识。

4. 采用练习法，巩固所学知识。

五、教学过程1. 导入：1.1 提问：同学们，你们认为什么是运动？什么是静止？1.2 学生回答，教师总结：运动是物体位置的变化，静止是物体位置不变。

2. 新课讲解：2.1 讲解运动和静止的概念，介绍相对性原理。

2.2 举例说明运动和静止的判断方法。

2.3 分析相对性原理在实际中的应用。

3. 小组讨论：3.1 学生分组讨论相对性原理在日常生活中的应用。

3.2 各小组汇报讨论成果，教师点评并总结。

4. 练习巩固：4.1 布置练习题，让学生运用相对性原理解决问题。

4.2 学生独立完成练习，教师批改并讲解答案。

5. 课堂小结：5.1 教师总结本节课所学内容。

5.2 强调运动和静止的概念，以及相对性原理的重要性。

6. 作业布置：6.1 布置课后作业，让学生进一步巩固运动和静止的概念。

六、教学拓展1. 介绍物理学中的其他相对性原理，如时间的相对性、空间的相对性。

2. 探讨相对性原理在现代科技中的应用，如相对论、GPS系统。

七、案例分析1. 分析生活中的实例，如汽车行驶、乘坐电梯时的运动和静止状态。

2. 让学生尝试运用相对性原理解释这些实例。

八、实践操作1. 安排一次户外活动，让学生观察并判断物体的运动和静止状态。

2. 学生分组进行观察，记录结果，教师点评。

第1、2节 牛顿力学中运动的相对性 狭义相对论的两个基本假设对应学生用书P73[自读教材·抓基础] 1．伽利略相对性原理(1)在做匀速直线运动的惯性参考系中，力学现象都以同样的规律进行。

(2)在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的，都可以用牛顿定律来描述。

2．经典时空观牛顿认为：绝对的、真正的和数学的时间在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着；绝对空间与外界任何事物无关，永远是相同的和不动的。

时间和空间相互独立、互不相关。

3．伽利略速度变换相对地面以速率u 开行的车厢内，物体相对于车厢以速率v ′向前运动时，物体对地面的速率就是v ＝u ＋v ′；如果物体向后运动时，相对于地面的速率就是v ＝u －v ′。

速率从一个参考系变换到另一个参考系的关系式称为伽利略速度变换公式。

[跟随名师·解疑难]1．经典力学的相对性原理的理解(1)经典力学相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性系都是等价的。

但物体相对于不同的参考系运动的结果不同。

(2)理解经典力学的相对性原理应注意的问题：①惯性系和非惯性系。

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。

相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参1.经典的时空观认为时间是绝对的，空间是绝对的，时间和空间相互独立、互不相关。

2．爱因斯坦狭义相对论认为对不同的惯性系，物理规律都是一样的。

3．在不同的惯性系中，光在真空中传播的速率都是一样的，恒为c ，这就是光速不变原理。

考系也是惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系，就是惯性系。

牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。

例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立。

这里加速的车厢就是非惯性系。

② 这里的力学规律指的是“经典力学规律”。

2．绝对时空观的认识(1)绝对时间：两个同时发生的事件，不论是静止参考系中的观测者还是匀速直线运动参考系中的观测者，他们测得这两个事件发生的时刻都是相同的，某事件经历的时间不会因参考系不同而不同。

高中物理相对运动教案
【教学目标】
1. 了解相对运动的概念及其应用；
2. 能够分析相对运动中的速度、加速度等物理量。

【教学重点】
1. 相对运动的基本概念；
2. 相对运动中速度的加法规则。

【教学难点】
1. 相对运动中速度、加速度的分析和计算。

【教学准备】
1. 教师准备教材和课件；
2. 学生准备笔记、教材和计算器。

【教学步骤】
一、导入(5分钟)
教师介绍相对运动的概念，引发学生对相对运动的兴趣。

二、讲解(15分钟)
1. 解释相对运动的定义；
2. 讲解相对运动中速度的加法规则；
3. 举例说明相对运动在日常生活中的应用。

三、练习(20分钟)
1. 学生进行练习，计算相对运动中的速度、加速度等物理量；
2. 学生互相讨论，解答问题。

四、总结(5分钟)
教师总结相对运动的重点，强化学生对知识点的理解。

五、作业(5分钟)
布置作业，要求学生再次练习相对运动相关的题目，并写出对应的解答。

【教学反思】
本节课主要目的是让学生了解相对运动的概念及其应用，帮助学生掌握相对运动中速度、
加速度的分析方法。

通过丰富的练习和讲解，可以提高学生对物理知识的理解和运用能力。

高中物理运动的相对性教案注意：以下是根据题目要求所写的高中物理运动的相对性教案。

文章以教案的形式呈现，包含了教学目标、教学内容、教学方法、教学步骤以及评价等。

文章的字数已经超过3000字，但我尽量保持内容的紧凑和清晰，同时也采用了适当的排版和分节，以保证整体的美观性。

-----------------------------------------高中物理运动的相对性教案教学目标：1. 了解和掌握相对运动的概念和基本原理。

2. 理解相对运动的相对性，能够分析相对运动中的速度、位移和加速度等物理量。

3. 能够运用相对运动的概念和原理解决实际问题。

教学内容：1. 相对运动的概念和基本原理。

2. 相对运动中的速度、位移和加速度等物理量。

3. 相对运动的应用。

教学方法：1. 情境导入法：通过引入一个具体的实例，吸引学生的兴趣，激发他们对相对运动的探索和思考。

2. 讲解与示范法：结合具体例子，讲解相对运动的概念、原理和表达方式，并辅以示意图和实验演示，帮助学生理解和掌握相关知识。

3. 探究式学习法：设计一系列实际问题，让学生自己分析和解决，培养他们的思维能力和动手能力。

4. 合作学习法：通过小组合作讨论、互相交流和分享，培养学生合作意识和团队精神。

5. 归纳总结法：引导学生总结相对运动的基本原理和应用规律，帮助他们深化理解并提高运用能力。

教学步骤：Step 1 引入（5分钟）通过一个生活实例，如两车相对运动的情景，引导学生思考相对运动的问题，并提出导入问题：“同一时间看来，两车相对运动，是谁在运动？速度大小如何呢？”Step 2 讲解与示范（15分钟）1. 讲解相对运动的含义和基本原理，引导学生理解相对性的概念。

2. 通过示意图和实验演示，解释相对速度和相对位移的计算方法，帮助学生掌握相关概念和表达方式。

3. 讲解相对运动中的加速度表示和计算方法，以及与速度和位移的关系。

Step 3 探究式学习（20分钟）设计一组实际问题，让学生自主探究相对运动的特点和规律，并进行分组合作讨论，以促进学生的思考和交流。