高中物理课件 相对论的诞生 时间和空间的相对性

第十五章第1、2节新知预习·巧设计名师课堂·一点通创新演练·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升要点一要点二返回返回返回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。返回[读教材·填要点]1．相对论的诞生(1)经典的相对性原理：①惯性系：定律能够成立的参考系。相对一个惯性系做运动的另一个参考系也是惯性系。②伽利略相对性原理：规律在任何系中都是相同的。牛顿运动匀速直线力学惯性返回(2)狭义相对论的两个基本假设：①实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是。②两个基本假设：一样的狭义相对性原理在不同的参考系中，一切规律都是相同的光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中都是的惯性物理相同返回2.时间和空间的相对性(1)“同时”的相对性：①经典的时空观：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也是的。②相对论的时空观：“同时”具有性。(2)长度的相对性：①经典的理论：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做而不同。②相对论的理论：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止长度，但在于杆的运动方向上，杆的长度没有变化。③相对长度公式：l＝。同时相对相对运动小垂直l01－vc2返回(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相对论的时空观：惯性系越大，惯性系中的时间间隔进行得越。非但如此，惯性系中的一切物理、化学和生命过程都变慢了。③相对时间间隔公式：Δt＝。相同速度慢Δτ1－vc2返回(4)相对论时空观：①经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是的，空间和时间之间也是联系的。②相对论时空观：空间和时间与物质的有关。绝对没有运动状态返回[试身手·夯基础]1．小球A、B同时从离地面某高度自由下落，在绝对时空观中，下列说法中正确的有()A．以地面为参考系，小球A、B都是做自由落体运动，所以地面为惯性系B．以小球A为参考系，小球B相对静止，所以此时小球A为惯性系C．以小球B为参考系，小球A相对静止，所以此时小球B为非惯性系D.不管以谁为参考系，参考系都是惯性系返回解析：以地面为参考系，小球A、B仅受重力作用，做自由落体运动，符合牛顿运动定律，所以地面为惯性系，A对；以任一小球为参考系，小球A、B也仅受重力作用，但物体却相对静止，不符合牛顿运动定律，故此时小球为非惯性系，B、D错，C对。答案：AC返回2．设某人在速度为0.5c的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是()A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向的地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c解析：根据光速不变原理可知C、D正确。答案：CD返回3．下列关于经典力学的时空观，正确的是()A．在经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的B．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关C．在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离是绝对的、不变的量值，而与参考系选取无关D．经典力学的时空观就是一个相对的时空观，时间和空间均与物体的运动有关返回解析：经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关。同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生的，故A、B、C均正确错误，D错误。答案：ABC返回返回1．惯性系和非惯性系牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。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，即任何惯性参考系都是平权的。返回3．相对性原理与电磁规律根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量，但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的。迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的。返回4．迈克耳孙—莫雷实验(1)实验背景：根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度，并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是c”，这本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于某个具体事物的结论。于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系S是正确的，另外还有一个参考系S′，S′相对于S以速度v运动，那么光相对于S′的速度应该是(c－v)而不是c，好像电磁规律不是对任何惯性系都一样。返回(2)实验结论：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的。[名师点睛]狭义相对论认为：光速c是宇宙中的最大速度，实际物体无论怎样加速，其速度只能接近而不能超越光速c。返回1．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中()A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比[思路点拨]解答本题的关键是牢记狭义相对论基本假设，要与时间间隔的相对性、相对论质量等区分开来。返回[解析]狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错误。[答案]A返回1．“动尺变短”狭义相对论中的长度公式：l＝l01－vc2中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度。还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度。返回2．“动钟变慢”时间间隔的相对性公式：Δt＝Δτ1－vc2中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。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。返回3．理解要点(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化。(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的。[名师点睛]以上结论是狭义相对论的必然结论，而狭义相对论的正确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必然发生的现象，是客观存在的事实，绝不是人们的主观臆造，人们之所以平常观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运动的世界里。返回2．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向上长度缩短了。一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90m，相对地面以v＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过。(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？[思路点拨]在接近光速的相对运动中，长度的缩短效应不能被忽略。返回[解析](1)观测站测得船身的长度为L＝L01－v2c2＝901－0.82m＝54m，通过观测站的时间间隔为Δt＝Lv＝540.8cs＝2.25×10－7s。(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为Δt＝L0v＝900.8cs＝3.75×10－7s。[答案](1)2.25×10－7s(2)3.75×10－7s返回应用相对论“效应”解题的一般步骤：首先，应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度。其次，明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果。最后，应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算。返回返回点击下图进入随堂检测归纳小结返回点击下图进入课下作业综合提升