鲁科版（2019）高中物理必修第二册导学案5.1初识相对论

初识相对论
【学习目标】
一、知识与技能
1．初步了解狭义相对论的基本假设。
2．认识时间和空间的相对性。
3．了解狭义相对论的其他两个结论。
二、过程与方法
1．培养学生严密的逻辑思维习惯，激发学生进一步学习的愿望。
2．学习正确的认识方法：实践是检验真理的唯一方法。
三、情感、态度与价值观
通过对本节知识的分析，培养学生的逻辑思维能力，激发学生探索科学的精神。
【学习重点】
狭义相对论的基本假设。
【学习难点】
1．狭义相对论的基本假设。
2．能辨析清楚在哪些情况下考虑相对论效应，哪些情况下不必考虑。
【学习过程】
一、经典的相对性原理
1．要描述一个物体的运动，必须先确定___________。20世纪初，著名物理学家______________建立了举世闻名的相对论，使人们对___________和__________的认识产生了根本性的变革。
2．在经典力学中，__________________是力学规律的基础，若它在某个参考系中成立，则这样的参考系叫________________。
3．力学规律在任何惯性系中都是____________。
4．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。
例题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？
例题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？
例题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？
二、狭义相对论的两个基本假设
1．狭义相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中_______________的形式。
2．光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c___________。
例题3：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
【练习巩固】
1．有甲、乙两人，甲以2m/s的速度向东直线行走，乙以1.5m/s的速度向西直线行走，则甲相对于乙的速度大小为（ ）
A．2m/s
B．1.5m/s
C．3.5m/s
D．0.5m/s
2．下列说法正确的是（ ）
A．物理的基本规律在所有惯性系中都是等价的
B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动都无关
C．在任何惯性系中，光在真空中沿任意方向的传播速度都相同
D．以上说法均不正确
3．一根沿自身长度方向运动的直杆，其长度比静止时（ ）
A．长
B．短
C．相等
D．不能确定
4．一米长的标尺以相对论速度穿过一根几米长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。则以下能最恰当地描述标尺穿过管子时的情形的是（ ）
A．标尺收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住标尺
B．标尺伸展变长，因此在某些位置上，标尺从管子的两端伸出来
C．两者都收缩变短，且收缩量相等，因此在某个位置上，管子能恰好遮住标尺
D．所有情形都与观察者的运动状态有关
5．原长为15m的飞船以9km/s的速率相对地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度为多少？假设飞船以0.9c的速率飞行，则从地面上测量，它的长度又为多少？从中你可以得到什么结论？
6．一固定长度为90m的飞船，沿船身方向相对地球以0.8c的速度从一观测站的上空飞过，该观测站测得的飞船的长度为多少？船身全部通过观测站所用的时间为多少？船中宇航员测得的时间又为多少？（观测站视为质点）
7．一列火车以某一速度相对于地面运动，若地面上的人测量某光源发出的光同时到达车厢的前壁和后壁，则按照火车上的人测量，光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释这种现象？