高考物理经典力学的成就与局限性3.5.2相对论时空观3.5.3宇宙的起源与演化学案

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1、3.5.2　相对论时空观3.5.3　宇宙的起源与演化学习目标核心凝炼1.了解经典的相对性原理。2个基本假设——狭义相对性原理、光速不变原理3个相对性——“同时”的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性2.知道狭义相对论的两个基本假设。3.理解“同时”的相对性和长度的相对性。4.了解宇宙的起源与演化。一、经典的相对性原理1.惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系。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。2.伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。二、狭义相对论的两个基本假设1.狭义相对性原理：

2、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。三、时间和空间的相对性1.“同时”的相对性(1)经典物理学认为：如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的。(2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中不一定是同时的。2.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

3、，其长度总比静止时的长度小。与杆相对静止的人认为杆长为l0，与杆相对运动的人认为杆长是l，那么两者之间的关系是l＝l0，即运动长度会收缩。3.时间间隔的相对性(1)经典物理学认为：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两事件的时间间隔，τ表示相对事件发生地以速度v高速运动的参考系中观测的同样两事件的时间间隔，则它们的关系是τ＝9，即运动时钟会变慢。4.相对论时空观(1

4、)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间和时间之间也是没有联系的。(2)相对论时空观：空间和时间与物质的运动状态有关。[理解概念]判断下列说法是否正确。(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，这是经典物理学家的观点。(√)(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)长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变。(√)(5)高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了。(√)

5、(6)地面上的人认为两个事件同时发生，而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认为。(√)四、宇宙及恒星的演化1.宇宙演化根据大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期。在大爆炸之后逐渐形成了夸克、轻子和胶子等粒子，随后经过强子时代、轻子时代、核合成时代。继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系。2.恒星的演化(1)恒星的形成：大爆炸后，在万有引力作用下形成星云团，进一步凝聚使引力势能转变为内能，温度升高，直到发光，于是恒星诞生了。(2)恒星演变：核聚变反应，层级递进地在恒星内发生，直到各种

6、热核反应不再发生时，恒星的中心密度达到极大。(3)恒星归宿：恒星最后的归宿有三种，它们是白矮星、中子星、黑洞。　经典的相对性原理及狭义相对论的两个基本假设[观察探究]如图1所示，结合狭义相对论考虑几个问题：9图1(1)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？答案　根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c－v，第三种情况应是c＋v，而根据狭义

7、相对论理论，光速是不变的，都应是c。[探究归纳]　应用狭义相对论的几点注意(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参考系，相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系。(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。(3)力学规律相对于惯性系来说都是相同的。[试题案例][例1](多选)关于狭义相对论，下列说法正确的是(　　)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

8、于c，与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D.狭义相对论任何情况下都适用解析　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。答案　ABC[针对训练1](多选)根据伽利略相对性原理，可以得到下列哪些结论(　　)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