6．2狹義相對論的基本原理

核心要點突破課堂互動講練課前自主學案知能優(yōu)化訓練6.2課標定位學習目標：1.知道牛頓對物理學發(fā)展的巨大貢獻和經(jīng)典力學的重要歷史地位．2．理解經(jīng)典力學方法論的意義和經(jīng)典力學的時空觀．3．掌握狹義相對論基本原理的內(nèi)容及其意義．重點難點：重點：1.經(jīng)典力學的重大成就和方法論的意義．2．相對論的基本原理的理解．難點：經(jīng)典力學的局限性及相對論基本原理提出的背景理解．課標定位課前自主學案一、一座永垂不朽的紀念碑1．《自然哲學的數(shù)學原理》的產(chǎn)生：英國科學家________的代表作，成書于1686年．2．《自然哲學的數(shù)學原理》介紹：全書共分兩個部分．第一部分是“定義和注釋”“運動的基本原理”．第二部分是定律的應用，其內(nèi)容包括：萬有引力定律和行星的運動；流體力學的開創(chuàng)性研究；天體力學和宇宙系統(tǒng)的開拓性研究(行星的運動，衛(wèi)星的運動，地面上的落體運動，拋體運動，彗星軌道，歲差以及潮汐現(xiàn)象等)．牛頓全書貫穿了牛頓和萊布尼茲分別獨立發(fā)明的數(shù)學方法——微積分．它在科學史上占有非常重要的地位，因為它標志著__________的建立．二、經(jīng)典力學的巨大成就1．把______運動與__________物體的運動統(tǒng)一起來了．2．由經(jīng)典力學為基礎發(fā)展起來了天體力學、材料力學．3．力學與熱學結(jié)合引發(fā)了__________工業(yè)革命．4．經(jīng)典力學是航天的理論基礎．經(jīng)典力學天體地上第一次三、經(jīng)典力學方法論的意義經(jīng)典力學的研究方法以伽利略和牛頓最為典型．伽利略：理想實驗法．牛頓：歸納——演繹法，建立理論體系．四、經(jīng)典力學的局限性1．經(jīng)典力學對時間和空間的認識(1)把一切自然現(xiàn)象都歸結(jié)為______________．(2)把__________、__________割裂開來，認為它們與物質(zhì)運動無關．機械決定論時間空間2．經(jīng)典力學的適用范圍(1)只適用于_____速運動，不適用于___速運動．(2)只適用于_____世界，不適用于______世界．(3)只適用于弱引力環(huán)境，不適用于強引力環(huán)境．五、經(jīng)典力學的時空觀1．概述：絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關，而永遠相同和不動的，絕對的時間自身在不停地流逝著．這就是經(jīng)典力學的時空觀，也稱為_______時空觀．低高宏觀微觀絕對2．絕對時空觀的特點：時間和空間是______的，時間尺度和空間尺度與物質(zhì)的運動無關，都是絕對的．六、狹義相對論的基本公設1．慣性系與非慣性系牛頓運動定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系．如研究地面上物體的運動時，地面就是慣性參考系，相對于地面做勻速直線運動的參考系，也是慣性參考系．分離2．伽利略的相對性原理(1)概述：對于所有的慣性系，力學規(guī)律都是相同的，或者說一切慣性系都是等效的．(2)兩個要點：①如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系，相對于一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系；②力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，或者說，任何慣性系都是等效的．3．兩條基本公設(1)________

原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是_______的．(2)_____________

原理：真空中的_______在不同的慣性參考系中都是________的．這是愛因斯坦在前人的實驗基礎上提出的假設，這兩個假設就是狹義相對論的基礎．相對性相同光速不變光速相同核心要點突破一、經(jīng)典力力學的成就就與局限性性1．經(jīng)典力學學的研究方方法歸納比比較亞里士多德Aristotle前384～前322簡介世界古代史上最偉大的古希臘哲學家、科學家和教育家方法論以人的感覺經(jīng)驗和邏輯理性來研究物體的運動意義開辟了探索自然界奧秘的一條新路——觀察科學成就提出力的合成概念，創(chuàng)建了視覺、色彩視覺等原始學說，嘗試從物質(zhì)本身來說明自然，把科學從宗教和神話中解放出來，推斷地球是一個球體伽利略Galilei1564～1642簡介意大利物理學家，開創(chuàng)近代自然科學研究方法的第一位學者方法論觀察提問、合理假設、數(shù)學變換、實驗驗證意義提出了新的研究方法——數(shù)學推理和科學實驗科學成就建立了擺的定律、慣性定律、自由落體定律，提出伽利略相對性原理，奠定了牛頓第一定律和第二定律的基本思想和經(jīng)典力學的基礎，他的工作使物理學成為獨立的知識體系并從哲學中分化出來牛頓Newton1642～1727簡介英國科學家，17世紀最偉大的科學巨匠方法論重在分析與綜合、歸納與演繹，強調(diào)論證要用實驗驗證意義更為深刻地實現(xiàn)了科學方法的豐富、發(fā)展與變革科學成就澄清了力和運動的觀念，總結(jié)出萬有引力定律和牛頓運動三定律，建立起完整的經(jīng)典力學體系，從伽利略時代以來一個世紀的物理學工作，在牛頓手里得到了綜合2.經(jīng)典力學的的成就(1)經(jīng)典力學的的建立標志志著近代自自然科學的的誕生，它它把天上物物體和地上上物體的運運動統(tǒng)一起起來，從力力學上證明明了自然界界的多樣性性的統(tǒng)一，，實現(xiàn)了人人類對自然然界認識的的第一次理理論大綜合合．(2)經(jīng)典力學和和以經(jīng)典力力學為基礎礎發(fā)展起來來的天體力力學、材料料力學和結(jié)結(jié)構(gòu)力學等等得到了廣廣泛的應用用，并取得得了巨大的的成就.18世紀60年代，力學學和熱力學學的發(fā)展及及其與生產(chǎn)產(chǎn)相結(jié)合，，使機器和和蒸汽機得得到改進和和推廣，引引發(fā)了第一一次工業(yè)革革命．由牛頓運動動定律導出出的動量守守恒定律、、機械能守守恒定律等等，是航空空航天技術術的理論基基礎，火箭箭、人造衛(wèi)衛(wèi)星、航天天飛機、宇宇宙飛船、、空間探測測器等航天天器的發(fā)射射，都是經(jīng)經(jīng)典力學規(guī)規(guī)律的具體體應用．3．經(jīng)典力學學的局限性性(1)從低速到高高速日常生活中中見到的物物體的運動動，速度都都遠小于光光速，經(jīng)典典力學完全全適用.20世紀初，著著名物理學學家愛因斯斯坦建立的的狹義相對對論闡述了了物體在以以接近光速速運動時所所遵從的規(guī)規(guī)律，得到到了一些不不同于經(jīng)典典力學的觀觀念和結(jié)論論．例如在經(jīng)典典力學中，，認為質(zhì)量量是恒定不不變的，與與物體的速速度或能量量無關；但但相對論的的研究則表表明，物體體的質(zhì)量將將隨著運動動速率的增增加而增大大，物體的的質(zhì)量和能能量之間存存在著密切切的聯(lián)系．．(2)從宏觀到微微觀19世紀和20世紀之交，，物理學又又有了三大大發(fā)現(xiàn)：X射線、電子子放射性的的發(fā)現(xiàn)，使使物理學的的研究由宏宏觀進入微微觀領域．．發(fā)現(xiàn)的電電子、質(zhì)子子、中子等等微觀粒子子，不僅具具有波動性性同時還具具有粒子性性，它們的的運動規(guī)律律在很多情情況下不能能用經(jīng)典力力學來說明明.20世紀，量子子力學的研研究表明，，微觀粒子子既表現(xiàn)為為粒子性又又表現(xiàn)為波波動性，粒粒子的能量量等物理量量只能取分分立的數(shù)值值，粒子的的速度和位位置具有不不確定性，，粒子的狀狀態(tài)只能用用粒子在空空間出現(xiàn)的的概率來描描述．即時應用(即時突破，，小試牛刀刀)1．下列屬于于經(jīng)典力學學成就的有有()A．經(jīng)經(jīng)典典力力學學把把天天體體的的運運動動與與地地上上物物體體的的運運動動統(tǒng)統(tǒng)一一起起來來，，是是人人類類對對自自然然界界認認識識的的第第一一次次大大綜綜合合B．以以經(jīng)經(jīng)典典力力學學為為基基礎礎發(fā)發(fā)展展起起來來的的天天體體力力學學、、材材料料力力學學和和結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)力力學學等等得得到到了了廣廣泛泛的的應應用用C．力力學學和和熱熱力力學學的的發(fā)發(fā)展展與與生生產(chǎn)產(chǎn)相相結(jié)結(jié)合合，，引引發(fā)發(fā)了了第第一一次次工工業(yè)業(yè)革革命命D．由由牛牛頓頓力力學學定定律律導導出出的的動動量量守守恒恒定定律律、、機機械械能能守守恒恒定定律律等等是是航航天天技技術術的的理理論論基基礎礎解析析：：選ABCD.經(jīng)典典力力學學主主要要以以牛牛頓頓運運動動三三定定律律、、萬萬有有引引力力定定律律為為基基礎礎，，適適用用于于一一切切宏宏觀觀、、低低速速的的物物體體，，故故A、B、C、D都正正確確．．二、、經(jīng)經(jīng)典典力力學學的的時時空空觀觀1．牛牛頓頓的的絕絕對對時時空空觀觀(1)絕對對的的、、真真正正的的數(shù)數(shù)學學時時間間，，出出于于其其本本性性而而自自行行均均勻勻地地流流逝逝著著，，與與外外界界任任何何事事物物無無關關．．或或絕絕對對的的時時間間，，就就其其本本性性而而言言與與外外界界任任何何事事物物毫毫無無關關系系，，它它永永遠遠保保持持不不變變或或不不動動．．(2)絕對的運動是是物體從某一一絕對的處所所轉(zhuǎn)移到另一一絕對的處所所．即對于空空間的運動存存在一個絕對對的參考系；；時間存在一一個絕對的計計時系統(tǒng)．2．馬赫的時空空觀凡不能由實驗驗證明的概念念及陳述，都都不應該在物物理學理論中中占有任何的的地位——否認了絕對時時空觀．理由：物體的的相對位置和和相對移動才才是可測量的的．(1)空間的位置是是相對的．(2)速度是相對的的．即時應用(即時突破，小小試牛刀)2．經(jīng)典力學的的時空觀認為為()A．時間使物質(zhì)質(zhì)運動而存在在B．時間是永遠遠的流逝，與與任何外界無無關C．空間與物質(zhì)質(zhì)運動狀態(tài)有有關D．物體的質(zhì)量量隨物體運動動的速度變化化而變化解析：選B.經(jīng)典力學的時時空觀認為：：時間和空間間是分離的，，時間尺度和和空間尺度與與物質(zhì)運動無無關，都是絕絕對的，故B正確．三、狹義相對對論基本公設設的提出1．伽利略相對對性原理(1)慣性系(inertialframe)與非慣性系：：在經(jīng)典力學中中，牛頓運動動定律是力學學規(guī)律的基礎礎，如果牛頓頓運動定律在在某個參考系系中成立，這這個參考系就就叫做慣性系系．如果牛頓頓運動定律在在某個參考系系中不成立，，這個參考系系就叫做非慣慣性系．注意：相對于于一個慣性系系做勻速直線線運動的另一一個參考系也也是慣性系．．(2)伽利略相對性性原理如果在不同的的慣性系中測測物體自由下下落的時間，，測一個單擺擺的周期，研研究平拋運動動的規(guī)律，或或研究牛頓第第二定律的實實驗，就會發(fā)發(fā)現(xiàn)，所有的的實驗現(xiàn)象和和實驗結(jié)論，，都不會因慣慣性系的不同同而有所不同同，也就是說說，各個慣性性系都是等價價的．這個觀觀點叫做伽利利略相對性原原理．2．狹義相對論論的兩條基本本公設(1)愛因斯坦相對對性原理：對對于描述一切切物理過程(包括物體位置置變動、電磁磁以及原子過過程)的規(guī)律，所有有慣性系都是是等價的，這這里的物理過過程包括光在在內(nèi)．愛因斯斯坦把伽利略略的力學相對對性原理推廣廣到了電磁物物理規(guī)律和一一切其他規(guī)律律，成為第一一個公設．(2)光速不不變原原理：：在所所有相相對光光源靜靜止或或做勻勻速直直線運運動的的慣性性系中中觀察察，真真空中中的光光速都都相同同，與與光源源的運運動和和觀察察者的的運動動沒有有關系系．這這一條條公設設使我我們看看到一一幅與與傳統(tǒng)統(tǒng)觀念念截然然不同同的物物理圖圖像．．設想想從一一點光光源發(fā)發(fā)出一一光脈脈沖，，如人人從光光源在在其中中保持持靜止止的參參考系系中觀觀察，，波前前為以以光源源為中中心的的球面面；如如從相相對于于光源源做勻勻速直直線運運動的的另一一參考考系觀觀察，，波前前將同同樣是是以光光源為為中心心的球球面．．這預預示著著與伽伽利略略變換換不同同的時時空觀觀．即時應應用(即時突突破，，小試試牛刀刀)3．關于于狹義義相對對論的的兩個個基本本公設設，下下列說說法中中正確確的是是()A．物體體的位位移、、速度度具有有相對對性，，所以以在不不同慣慣性系系中，，它們們所遵遵循的的物理理規(guī)律律不同同B．在慣慣性參參考系系中可可以通通過實實驗的的方法法證實實該系系統(tǒng)是是靜止止的還還是勻勻速運運動的的C．選不不同的的慣性性參考考系，，光的的傳播播速度度不同同D．以上上說法法都不不正確確解析：：選D.根據(jù)狹狹義相相對論論的兩兩個基基本公公設可可知，，在不不同的的慣性性參考考系中中，一一切物物理規(guī)規(guī)律都都是相相同的的，故故A錯；在在慣性性參考考系中中無法法通過過實驗驗的方方法確確定這這一系系統(tǒng)本本身的的運動動情況況，故故B錯；真真空中中的光光速在在不同同的慣慣性參參考系系中都都是相相同的的，故故C錯，正正確答答案為為D.課堂互動講練對牛頓第二定律受參考系限制的認識類型一例1如圖6－1－1所示，，在列列車車車廂的的光滑滑水平平面上上有一一個質(zhì)質(zhì)量為為m＝5kg的小球球，正正隨車車廂一一起以以20m/s的速度度勻速速前進進．現(xiàn)現(xiàn)在給給小球球一個個水平平向前前的F＝5N的拉力力作用用，求求經(jīng)過過10s時，車車廂里里的觀觀察者者和地地面上上的觀觀察者者看到到小球球的速速度分分別是是多少少？圖6－1－1【答案】10m/s30m/s【方法總總結(jié)】在兩個個慣性