新2015-2016学年高中物理第十五章1相对论的诞生

第十五章相对论简介学案1相对论的诞生时间和空间的相对性目标定位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.知识探究自我检测一、相对论的诞生问题设计在一艘大船密闭的船舱里，你能否通过观察自由释放的小球的运动判断大船是静止还是在匀速行驶？答案不能.因为不论大船是静止还是匀速行驶，观察到小球的运动都是相同的，而且都要落在释放点的正下方.知识探究要点提炼1.经典的相对性原理(1)惯性系：如果定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做运动的另一个参考系也是惯性系.(2)经典的相对性原理的三种表述①表述一：在任何惯性系中都是相同的.牛顿运动匀速直线力学规律②表述二：在一个惯性参考系内进行的任何实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做运动.③表述三：任何惯性参考系都是的.2.经典相对性原理解释电磁规律的困难迈克耳孙—莫雷实验证明了光速是不变的，这与传统的速度合成法则是的.力学匀速直线平权矛盾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，一切都是相同的.(2)光速不变原理：真空中的在不同的惯性参考系中都是的.物理规律光速相同二、时间和空间的相对性问题设计1.如图1所示，假设杆MN沿着车厢的运动方向固定在火车上，且与火车一起运动，火车上的人测得杆的长度与地面上的人测得杆的长度相同吗？图1答案不同.2.某人在这列火车上拍了两下桌子，火车上的人观测的两次拍桌子的时间间隔与地面上的人观测的时间间隔相同吗？答案不同.要点提炼1.“同时”的相对性在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察时：(1)经典的时空观认为(填“一定”或“不一定”)是同时发生的.(2)狭义相对论的时空观认为(填“一定”或“不一定”)是同时发生的.一定不一定2.长度的相对性(尺缩效应)(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而不同.(2)狭义相对论认为“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式：l＝，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度.相对运动l01－vc2不变3.时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是的.(2)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式Δt＝，也就是说，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀.相同Δτ1－vc24.经典时空观和狭义相对论时空观(1)经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间，即与物质的运动.(2)狭义相对论时空观：空间和时间与物质运动状态.没有联系无关有关典例精析一、狭义相对论例1假设有一天某人坐在“神舟”号飞船上，以0.5c的速度遨游太空，当他打开一个光源时，下列说法正确的是()A.飞船正前方的观察者看到这一光速为1.5cB.飞船正后方的观察者看到这一光速为0.5cC.在垂直飞船前进方向上的观察者看到这一光速是cD.在任何地方的观察者看到的光速都是c解析根据狭义相对论的假设(2)，真空中的光速相对于不同的惯性参考系都是相同的，即在任何地方的观察者看到的光速都是c，A、B错误，C、D正确.答案CD二、时间和空间的相对性例2地面上长100km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？解析当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100km.当火箭的速度达到0.6c时，由相对论长度公式l＝l01－vc2代入相应的数据解得：l＝100×1－0.62km＝80km.答案100km80km例3π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在自己的参考系中测得).(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室参考系中测量的π＋介子的寿命多长？解析π＋介子在实验室中的寿命为Δt＝Δτ1－vc2＝2.6×10－81－0.82s≈4.3×10－8s.答案4.3×10－8s(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？解析该粒子在衰变前运动的距离为x＝vΔt＝0.8×3×108×4.3×10－8m＝10.32m.答案10.32m课堂要点小结1.(狭义相对论)如图2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()123自我检测图2A.0.4cB.0.5cC.0.9cD.c解析由狭义相对论的基本假设：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，可知D正确.答案D1231232.(狭义相对论)关于狭义相对论，下列说法不正确的是()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123解析狭义相对论是惯性参考系之间的理论，D错误.答案D1233.(时间和空间的相对性)假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺子，同时地面上的乙看甲的手中沿火车前进方向放置的相同的尺子，则下列说法正确的是()A.甲看到乙的手中的尺子的长度比乙看到自己手中的尺子的长度大123B.甲看到乙的手中的尺子的长度比乙看到自己手中的尺子的长度小C.乙看到甲的手中的尺子的长度比甲看到自己手中的尺子的长度大D.乙看到甲的手中的尺子的长度与甲看到自己手中的尺子的长度相同123解析由l＝可知，运动的观察者观察静止的尺子和静止的观察者观察运动的尺子时，都发现对方手中的尺子比自己手中的变短了，故B正确，A、C、D错误.l01－vc2答案B