选修34第五章新时空观的确立5.2狭义相对论的基本原理370

高中物理选修3-4相对论知识点中学物理相对论学问点一、狭义相对论的基本假设;狭义相对论时空观与经典时空观的区分爱因斯坦狭义相对性原理的两个基本假设：⑴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。

⑴光速不变原理：在不同的惯性参考系中，真空中的光速都是相同的。

即光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。

相对论的时空观：经典物理学的时空观(牛顿物理学的肯定时空观)：时间和空间是脱离物质而存在的，是肯定的，空间与时间之间没有任何联系。

相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观)：空间和时间都与物质的运动状态有关。

相对论的时空观更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论的特例，在宏观低速运动时仍将发挥作用。

二、同时的相对性、长度的相对性、质能关系时间和空间的相对性(时长尺短)1.同时的相对性：指两个事务，在一个惯性系中视察是同时的，但在另外一个惯性系中视察却不再是同时的。

2.长度的相对性：指相对于视察者运动的物体，在其运动方向的长度，总是小于物体静止时的长度。

而在垂直于运动方向上，其长度保持不变。

长度收缩公式：3.时间间隔的相对性：指某两个事务在不同的惯性系中视察，它们发生的时间间隔是不同的。

中学物理选修3-4学问点1、机械振动：物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。

机械振动产生的条件是：①回复力不为零;②阻力很小。

使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在详细问题中要留意分析什么力供应了回复力。

2、简谐振动：在机械振动中最简洁的一种志向化的振动。

对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解：①物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。

②物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律改变的振动，叫做简谐振动。

3、描述振动的物理量探讨振动除了要用到位移、速度、加速度、动能、势能等物理量以外，为适应振动特点还要引入一些新的物理量。

第一节狭义相对论的基本原理（一）教材分析本节以经典的相对性原理与实验的矛盾来引入，通过爱因斯坦的“思想实验”，指明狭义相对论的核心：不同速度地方的时间是不一样的，时间会因相对速度而改变。

简明介绍狭义相对论基本原理，从相对论的基本原理出发对“同时的相对性”进行推理，更具体地说明“时间与物体的运动有关”。

（二）教学目标1、知识与技能（1）了解狭义相对论产生的背景和实验基础。

（2）了解狭义相对论的基本原理。

（3）了解相对论的主要结论“同时的相对性”。

2、过程与方法（1）通过了解19世纪末一些实验事实与经典时空观的矛盾，知道相对论产生的时代背景。

（2）通过了解爱因斯坦的“思想实验”，体会狭义相对论带来的变革首先是与“绝对时间”彻底决裂，认识到时间与运动速度有关。

（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。

3、情感、态度与价值观（1）通过了解狭义相对论的诞生，从中认识物理学的发展和变革，体会物理理论必须以实验事实为依据，要经得起实验的检验。

（2）感受科学家客观求实、理性追求、批判创新的精神和富有创造性的想象力，启发学生勇于质疑，富于想象，培养思维的多向性和发散性。

（三）教学重点、难点重点：1、通过了解爱因斯坦的“思想实验”，体会狭义相对论带来的变革。

2、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。

难点：了解相对论的主要结论“同时的相对性”。

（四）教学用具：多媒体（五）教学过程一、引入新课师：同学们，你们能否复述牛顿三大运动定律的内容？（学生复述）师：以牛顿命名的三条定律是牛顿的经典力学的基础。

由于牛顿力学对科学和技术的发展起了巨大的推动作用，以致于在十九世纪末，有人认为经典物理学已是“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的殿堂”，有人甚至声称今后的物理学的定律要到小数点以后几位之中去找了。

但是，进入二十世纪，物理学研究的领域开始深入到了微观、高速领域，这时人们发现牛顿力学在这些领域不再适用。

《狭义相对论的基本原理》讲义在物理学的广袤领域中，狭义相对论无疑是一颗璀璨的明珠。

它以独特的视角和深刻的洞察，改变了我们对时间和空间的理解。

接下来，让我们一同深入探索狭义相对论的基本原理。

狭义相对论的诞生并非偶然，而是在经典物理学面临一系列挑战时应运而生。

19 世纪末，随着电磁学的迅速发展，人们发现经典力学与电磁学之间存在着一些难以调和的矛盾。

特别是光速不变这一现象，无法用经典的速度叠加原理来解释。

狭义相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。

相对性原理指出，物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。

这意味着无论我们处于怎样的匀速直线运动状态，所观察到的物理现象都应该遵循相同的规律。

想象一下，你坐在一辆平稳行驶的火车中，如果你不看窗外，不借助任何外部参考，你所进行的物理实验结果和在地面上进行的是完全一样的。

而光速不变原理则更加令人惊叹。

它表明，真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，恒为 c ，约为 299792458 米/秒。

这与我们日常生活中的经验似乎大相径庭。

通常情况下，当我们坐在一辆行驶的汽车上，向车外扔出一个球，球的速度是汽车速度与我们抛出速度的叠加。

但对于光来说，无论光源是静止的还是运动的，光的速度始终保持不变。

为了更好地理解这两个原理，让我们通过一些思想实验来感受一下。

假设有一辆高速行驶的火车，车厢中间有一盏灯。

当灯被打开时，光线同时向车头和车尾传播。

在火车上的观察者会看到光线同时到达车头和车尾，因为在他的参考系中，光向两个方向传播的速度相同，且车厢长度是固定的。

然而，对于站在地面上的观察者来说，情况就有所不同了。

由于火车在运动，当光线传播的同时，火车也在向前行进。

但神奇的是，尽管如此，他所观测到的光到达车头和车尾的时间仍然是相同的，这正是光速不变原理的体现。

基于这两个基本原理，狭义相对论引出了一系列奇妙的结论。

首先是时间膨胀效应。

简单来说，运动的时钟会变慢。

假设一个宇航员以接近光速的速度进行太空旅行，当他返回地球时，会发现地球上已经过去了很长时间，而他自己经历的时间却相对较短。

《狭义相对论的基本原理》说课稿尊敬的各位评委、老师们：大家好！今天我说课的题目是《狭义相对论的基本原理》。

下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程、板书设计这几个方面来展开我的说课。

一、教材分析《狭义相对论的基本原理》是高中物理选修 3-4 中的重要内容。

这部分知识对于学生理解近代物理学的发展，拓展科学思维具有重要意义。

本节课的教材内容主要包括狭义相对论的两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。

通过对这两个原理的学习，学生能够初步了解相对论的基本思想，为后续深入学习相对论的相关知识打下基础。

教材在编写上注重从实验和现象出发，引导学生思考和探究，逐步揭示相对论的基本原理。

同时，教材中还配备了一些实例和习题，帮助学生巩固所学知识，提高应用能力。

二、学情分析学生在学习本节课之前，已经掌握了牛顿力学的基本规律，形成了一定的经典物理思维。

然而，相对论的概念和原理与经典物理有很大的差异，学生在理解上可能会存在一定的困难。

高二的学生具备了一定的逻辑思维能力和抽象思维能力，但对于较为抽象和复杂的物理概念，还需要通过具体的实例和直观的演示来帮助理解。

此外，学生对于科学探究的方法和过程有了一定的了解，但在自主探究和合作学习方面还需要进一步的引导和培养。

三、教学目标基于以上的教材和学情分析，我制定了以下的教学目标：1、知识与技能目标（1）理解狭义相对论的相对性原理和光速不变原理。

（2）能运用狭义相对论的基本原理分析和解决一些简单的问题。

2、过程与方法目标（1）通过对经典物理与相对论的比较，培养学生的批判性思维能力。

（2）通过实验探究和理论分析，提高学生的科学探究能力和逻辑推理能力。

3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对科学的好奇心和求知欲，培养学生勇于探索的科学精神。

（2）使学生认识到科学理论的发展是不断创新和完善的，培养学生的科学态度和创新意识。

四、教学重难点教学重点：狭义相对论的相对性原理和光速不变原理。

《狭义相对论的基本原理》讲义在物理学的发展历程中，狭义相对论无疑是一座重要的里程碑。

它彻底改变了我们对时间和空间的理解，对现代物理学的发展产生了深远的影响。

接下来，让我们一同深入探讨狭义相对论的基本原理。

一、相对性原理相对性原理是狭义相对论的首要基本原理。

它指出，物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。

这意味着，无论我们处于何种匀速直线运动的惯性参考系中，进行物理实验和观察所得到的结果应该遵循相同的物理规律。

为了更好地理解相对性原理，我们可以想象这样一个场景：在一辆匀速直线行驶的火车上，有一个人在做一个物理实验，比如测量光在真空中的传播速度。

同时，在地面上也有一个人在做同样的实验。

按照相对性原理，他们所得到的测量结果应该是完全一致的，不会因为火车的运动状态而有所不同。

相对性原理打破了传统的绝对时空观。

在牛顿力学中，存在着一个绝对静止的参考系，而狭义相对论则否定了这种绝对静止的存在，强调了参考系的相对性。

二、光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的另一个核心基本原理。

它表明，真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，与光源和观察者的相对运动状态无关。

这一原理与我们日常生活中的经验似乎有所冲突。

通常，当我们观察一个运动的物体时，它的速度会因为我们自身的运动状态而发生变化。

但对于光来说，情况却完全不同。

无论我们是朝着光源运动，还是背离光源运动，或者光源本身在运动，我们测量到的光速始终是一个恒定的值，约为 299792458 米/秒。

为了验证光速不变原理，科学家们进行了许多实验。

其中，迈克尔逊莫雷实验是一个重要的例证。

这个实验试图测量地球在以太中运动时对光速的影响，但结果却发现光速没有任何变化，这为狭义相对论的提出奠定了实验基础。

三、时间膨胀狭义相对论带来的一个令人惊讶的结果是时间膨胀。

当一个物体以接近光速的速度运动时，相对于静止的观察者，运动物体上的时间会变慢。

这可以通过一个简单的思想实验来理解。

假设在地球上有一个精确的时钟，同时在一艘高速飞行的宇宙飞船上也有一个相同的时钟。

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第一节狭义相对论的基本原理第二节时空相对性1．(2分)全息照相利用了下列哪些原理( )A．小孔成像B．光的干涉C．光的衍射D．激光是一种相干光【答案】BD2．（3分）对于激光的认识,以下说法中正确的是（)A．普通光源发出的光都是激光B．激光是自然界普遍存在的一种光C．激光是一种人工产生的相干光D．激光一定比普通光的强度大【解析】激光是原子受激辐射产生的光，是人工产生的一种相干光，与普通光源发出的光不同，所以C正确，A、B错误；激光用途不同，激光的强度大小不相同，激光不一定比普通光的强度大，D错误．【答案】C3．（3分）下面是四种与光有关的事实：①用光导纤维传播信号；②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度；③一束白光通过三棱镜形成彩色光带；④水面上的油膜呈现彩色．其中，与光的干涉有关的是（)A．①④ B．②④C．①③ D．②③【答案】B4．(2分）牛顿运动定律的适用范围是________．【答案】宏观、低速物体课标导思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.3.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.学生P62一、狭义相对论的基本原理1．爱因斯坦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是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关．二、“同时"的相对性狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的．三、时空相对性1．时间间隔的相对性在一个对速度v匀速前进的车厢顶部有一平面镜，正下方有一光源(闪光光源)，车顶到光源距离为h,对火车上的人来说,光从光源经平面镜回到光源所经过的时间为Δt′＝错误!。

《狭义相对论的基本原理》讲义在物理学的发展历程中，狭义相对论无疑是一座具有里程碑意义的理论大厦。

它由爱因斯坦在 1905 年提出，彻底改变了我们对时间和空间的理解。

接下来，让我们一起深入探讨狭义相对论的基本原理。

首先，我们来谈谈相对性原理。

相对性原理指出，物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。

这意味着，无论你是在一个静止的实验室中，还是在一个匀速直线运动的火车上，做相同的物理实验，得到的结果应该是一致的。

比如说，你在地面上抛一个球，观察它的运动轨迹；而在一辆匀速行驶的火车上做同样的抛球实验，只要火车的运动是匀速直线的，那么球的运动规律不会因为参考系的不同而改变。

这个原理打破了以往人们认为存在一个绝对静止的参考系的观念。

在牛顿力学中，存在一个绝对的空间和时间，而狭义相对论告诉我们，这种绝对的观念是不正确的。

接下来是光速不变原理。

这是狭义相对论中一个非常关键且令人惊奇的原理。

光速不变原理说的是，真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，约为 299792458 米/秒。

这意味着，无论光源是静止的还是运动的，光在真空中的传播速度始终保持不变。

想象一下，有一辆快速行驶的汽车打开了车灯。

按照我们的日常经验，可能会认为汽车跑得越快，灯光向前传播的速度就应该越快。

但狭义相对论告诉我们，不是这样的！无论汽车的速度如何，光的速度都是恒定的。

为了更好地理解这两个原理，我们来思考一个经典的思想实验——火车闪电实验。

假设有一辆很长的火车正在以匀速直线运动行驶。

在火车的两端分别有一个观察者 A 和 B，在火车经过的铁轨旁也有一个静止的观察者C。

当火车经过某个位置时，在这个位置的正上方同时出现两道闪电，分别击中火车的两端。

对于站在铁轨旁的观察者 C 来说，由于闪电同时发生在同一地点，所以他看到闪电的光同时到达他所在的位置。

但是对于火车上的观察者 A 和 B 来说，情况就不同了。

因为火车在运动，当闪电发生时，A 朝着闪电的方向运动，而 B 背着闪电的方向运动。