相对论的诞生导学案
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文档简介
高二 年级物理学科导学案
题目：相对论的诞生
【学习目标】
了解经典的相对性原理
知道狭义相对论的实验基础
了解狭义相对论的两个基本假设
了解对经典物理学内部矛盾的探索过程
.理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推理方法
重点：狭义相对性原理和光速不变原理
难点：相对性原理的体会
【使用说明 学法指导】
1．先通读教材，勾画出本节内容的基本知识，再完成教材助读设置的问题，依据发现的问题，然后再读教材或查阅资料，解决问题。
2．独立完成，限时15分钟
I、知识准备
麦克斯韦电磁理论
惯性参考系和非惯性参考系
II、教材助读
一．经典相对性原理
1. 表述一：力学规律在任何惯性系中都是 。
2．表述二：在一个 内进行的任何力学实验都不能判断这个 是否相对另一个惯性系做匀速直线运动。
３.表述三：任何惯性参考系都是 的。
二．狭义相对论的两个基本假设
4.狭义相对性原理：在不同的参考系中，一切 都是相同的。
5.光速不变原理： 的光速在 中都是相同的。
III、预习自测
1．____________________________的参考系称为惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系时就是惯性系．________________________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到路边的树木、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．经典相对性原理：________规律在任何____________中都是相同的．还可以表述为：在一个________________________内进行的任何力学实验都不能判断这个____________是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是________的．
3．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，________________________都是相同的；(2)光速不变原理：__________的光速在________________________________中都是相同的．
4．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是( )
A．飞机为非惯性参考系 B．飞机为惯性参考系
C．灾民为非惯性参考系 D．灾民为惯性参考系
请将预习中不能解决的问题写下来，供课堂解决
I、学始于疑—我思考 我收获（学习基础）
1、如何理解经典相对性？
2、力学的相对性原理与狭义相对论原理的区别是什么？
学习建议：请同学们用3分钟认真思考这些问题，并结合预习中自己的疑问开始下面的探究学习。
II、质疑探究—质疑解疑 合作探究（课堂探究开始）
如何理解经典相对性
问题1：在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=5kg的小球，正随车厢一起以20m/s的速度匀速前进。现在给小球一个水平向前的F=5N的拉力作用，求经10s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？
问题2：一辆匀速行驶的汽车车厢内，实验者是否可以不受场地的影响，来进行用单摆测重力加速度的实验？
问题3：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
【针对训练】
飞船在高空以0.1C的速度向目标飞行，从飞船上向目标方向发射一个光信号，则地面的观察者看来光信号的速度是1.1C吗？
【归纳总结】
【拓展提升】
爱因斯坦通过研究“磁体相对于导体回路运动时，导体回路就会感应出电流”这一现象，发现了经典物理学的什么破绽？
力学的相对性原理与狭义相对论原理的区别是什么？
问题1：下列说法正确的是
在以C竖直方向升空的火箭上前后发出的光，对地速度一定比C大。
在以C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。
在以C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。
在以C竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光，对地速度为C。
问题2：考虑以下几个问题：
图1
(1)如图1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？
【针对训练】
如果你以接近于光速的速度朝某一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是运动的
你的质量在增加
你的心脏跳动在慢下来
你在变小
以上三种变化同时发生
你永远不能由自身的变化知道你的速度
【归纳总结】
【拓展提升】
下列说法正确的是
在不同的参考系中观察，真空中的光速都是相同的
真空中的光速是速度的极限
物体运动的速度不能超过真空中的光速
牛顿力学是相对论力学在ν远小于C时的特例
III、我的知识网络图—归纳总结 串联整合
【当堂检测】
1．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是 ( )
A．飞机为非惯性参考系 B．飞机为惯性参考系
C．灾民为非惯性参考系 D．灾民为惯性参考系
2．关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是 ( )
A．适用于宏观物体
B．适用于微观物体
C．适用于高速运动的物体
D．适用于低速运动的物体
3．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．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否做匀速直线运动
D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否做匀速直线运动
基础巩固题
1．下列说法中正确的是( )
A．17世纪末期，以经典力学、热力学与统计物理学、电磁场理论为主要内容的物理学
形成了完整的科学体系
B．1632年爱因斯坦发表了《关于两个世界体系的对话》
C．牛顿运动定律仅在惯性系中才能成立
D．力学规律在任何惯性系中都是相同的，这个论述叫做伽利略相对性原理
2．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参
考系，则其中属于非惯性系的有( )
A．停在地面上的汽车
B．绕地球做匀速圆周运动的飞船
C．在大海上匀速直线航行的轮船
D．以较大速度匀速运动的磁悬浮列车
3．有下列几种说法：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①②是正确的
B．只有①③是正确的
C．只有②③是正确的
D．三种说法都是正确的
4.伽利略相对性原理是
________________________________________________________________________．
5．狭义相对论的两个基本假设是________________________________________；
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
综合应用题
6．火箭以0.50c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号．火箭上测得光离开
的速度是c.根据经典运动学，光到达地球时测得的速度是多少？根据狭义相对性原理
呢？
16．假若你坐在火车中，在车厢地板上有一光滑的小球．在某段时间内，球相对于你不
滚动，则此时的火车能否看成是惯性参考系？若某段时间内，你发现球加速离你而去，
则此时的火车能否看成是惯性参考系？
拓展提升题
8．如图1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1
A．0.4c B．0.5c
C．0.9c D．1.0c
题目：相对论的诞生
【学习目标】
了解经典的相对性原理
知道狭义相对论的实验基础
了解狭义相对论的两个基本假设
了解对经典物理学内部矛盾的探索过程
.理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推理方法
重点：狭义相对性原理和光速不变原理
难点：相对性原理的体会
【使用说明 学法指导】
1．先通读教材，勾画出本节内容的基本知识，再完成教材助读设置的问题，依据发现的问题，然后再读教材或查阅资料，解决问题。
2．独立完成，限时15分钟
I、知识准备
麦克斯韦电磁理论
惯性参考系和非惯性参考系
II、教材助读
一．经典相对性原理
1. 表述一：力学规律在任何惯性系中都是 。
2．表述二：在一个 内进行的任何力学实验都不能判断这个 是否相对另一个惯性系做匀速直线运动。
３.表述三：任何惯性参考系都是 的。
二．狭义相对论的两个基本假设
4.狭义相对性原理：在不同的参考系中，一切 都是相同的。
5.光速不变原理： 的光速在 中都是相同的。
III、预习自测
1．____________________________的参考系称为惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系时就是惯性系．________________________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到路边的树木、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．经典相对性原理：________规律在任何____________中都是相同的．还可以表述为：在一个________________________内进行的任何力学实验都不能判断这个____________是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是________的．
3．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，________________________都是相同的；(2)光速不变原理：__________的光速在________________________________中都是相同的．
4．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是( )
A．飞机为非惯性参考系 B．飞机为惯性参考系
C．灾民为非惯性参考系 D．灾民为惯性参考系
请将预习中不能解决的问题写下来，供课堂解决
I、学始于疑—我思考 我收获（学习基础）
1、如何理解经典相对性？
2、力学的相对性原理与狭义相对论原理的区别是什么？
学习建议：请同学们用3分钟认真思考这些问题，并结合预习中自己的疑问开始下面的探究学习。
II、质疑探究—质疑解疑 合作探究（课堂探究开始）
如何理解经典相对性
问题1：在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=5kg的小球，正随车厢一起以20m/s的速度匀速前进。现在给小球一个水平向前的F=5N的拉力作用，求经10s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？
问题2：一辆匀速行驶的汽车车厢内，实验者是否可以不受场地的影响，来进行用单摆测重力加速度的实验？
问题3：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
【针对训练】
飞船在高空以0.1C的速度向目标飞行，从飞船上向目标方向发射一个光信号，则地面的观察者看来光信号的速度是1.1C吗？
【归纳总结】
【拓展提升】
爱因斯坦通过研究“磁体相对于导体回路运动时，导体回路就会感应出电流”这一现象，发现了经典物理学的什么破绽？
力学的相对性原理与狭义相对论原理的区别是什么？
问题1：下列说法正确的是
在以C竖直方向升空的火箭上前后发出的光，对地速度一定比C大。
在以C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。
在以C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。
在以C竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光，对地速度为C。
问题2：考虑以下几个问题：
图1
(1)如图1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？
【针对训练】
如果你以接近于光速的速度朝某一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是运动的
你的质量在增加
你的心脏跳动在慢下来
你在变小
以上三种变化同时发生
你永远不能由自身的变化知道你的速度
【归纳总结】
【拓展提升】
下列说法正确的是
在不同的参考系中观察，真空中的光速都是相同的
真空中的光速是速度的极限
物体运动的速度不能超过真空中的光速
牛顿力学是相对论力学在ν远小于C时的特例
III、我的知识网络图—归纳总结 串联整合
【当堂检测】
1．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是 ( )
A．飞机为非惯性参考系 B．飞机为惯性参考系
C．灾民为非惯性参考系 D．灾民为惯性参考系
2．关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是 ( )
A．适用于宏观物体
B．适用于微观物体
C．适用于高速运动的物体
D．适用于低速运动的物体
3．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．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否做匀速直线运动
D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否做匀速直线运动
基础巩固题
1．下列说法中正确的是( )
A．17世纪末期，以经典力学、热力学与统计物理学、电磁场理论为主要内容的物理学
形成了完整的科学体系
B．1632年爱因斯坦发表了《关于两个世界体系的对话》
C．牛顿运动定律仅在惯性系中才能成立
D．力学规律在任何惯性系中都是相同的，这个论述叫做伽利略相对性原理
2．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参
考系，则其中属于非惯性系的有( )
A．停在地面上的汽车
B．绕地球做匀速圆周运动的飞船
C．在大海上匀速直线航行的轮船
D．以较大速度匀速运动的磁悬浮列车
3．有下列几种说法：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①②是正确的
B．只有①③是正确的
C．只有②③是正确的
D．三种说法都是正确的
4.伽利略相对性原理是
________________________________________________________________________．
5．狭义相对论的两个基本假设是________________________________________；
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
综合应用题
6．火箭以0.50c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号．火箭上测得光离开
的速度是c.根据经典运动学，光到达地球时测得的速度是多少？根据狭义相对性原理
呢？
16．假若你坐在火车中，在车厢地板上有一光滑的小球．在某段时间内，球相对于你不
滚动，则此时的火车能否看成是惯性参考系？若某段时间内，你发现球加速离你而去，
则此时的火车能否看成是惯性参考系？
拓展提升题
8．如图1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1
A．0.4c B．0.5c
C．0.9c D．1.0c