第15章 相对论简介1、2节(修订)

第15章相对论简介2013年4月§15.1相对论的诞生§15.2时间和空间的相对性一、经典的相对性原理•思考与讨论：•以船上的观察者为参考系，物体做•。•以地面的观察者为参考系，物体做•。自由落体运动平抛运动牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系．一、经典的相对性原理表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的。其他表述见课本98页。二、相对性原理与电磁规律ySOxy’S’O’x’v光速是c！光速是c-v?不论光源与观察者做怎样的相对运动，光相对于观察者的速度都是一样的。①狭义相对性原理一切物理定律，在不同的惯性系中是相同的②光速不变原理光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是相同的三、狭义相对论的两个基本假设•例题1：火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号。火箭上测得光离开的速度是c，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球上测得的光速是多少？根据狭义相对性原理呢？地球上测得的光速为c-0.75c=0.25c。根据狭义相对论光速不变原理，光速大小与光源运动状态无光，所以地球上实际测得的光速为c。四、“同时”的相对性情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的关键：在各个参考系中光速都为c情况2：地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的（利用相对运动原理）思考与讨论：两个时间是否同时发生，与参考系的选择有关。A先发生v车上的人看到的车厢的长度：车外的人看到的车厢的长度：llll21cvll五、长度的相对性“动尺缩短”一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小。六、时间间隔的相对性“动钟变慢”•例题2：A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vb和vc朝同一方向飞行，vb＜vc。地面的观察着认为哪个时钟走的最慢？哪个走的最快？地面上的观察者认为C钟走的最慢，因为它相对于观察者的速度最大。由课本103页公式（2）可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢。地面钟v=0，它所记录的两事件的时间间隔越大，即地面钟走的最快。七、时空相对性的实验验证根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢．1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的很好．这是相对论的第一次宏观验证．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。课后练习：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．狭义相对论的两个基本假设：______________和____________________。参考系爱因斯坦时间空间牛顿运动定律惯性参考系相对性原理光速不变原理4．相对性原理是指在不同的_________参考系中，一切物理定律都是________的；光速不变原理是指真空中的光速在不同的_______参考系中都是_______的。5．假设有一天你坐在神州七号的飞船舱内，且看不到舱外的景物。当飞船静止或做匀速直线运动时，你______（填“能”或“不能”）感觉到飞船是静止的还是运动的。6．狭义相对论指出，_________和________的量度与参考系的选择有关。空间惯性等价惯性相同不能时间7、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/sB．1.5m/sC．3.5m/sD．0.5m/s8、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ABCc9、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10、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BD11、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？14.99999998m，4.7m，当物体的运动速度接近光速时，其质量变化很大12、有一个科幻故事：一个中年人乘坐接近光速的宇宙飞船，他在宇宙飞船飞行了很长时间后回到地球，当他到达地面时，发现他的儿子已经是白发苍苍的老头了，而他自己基本上没有发生什么变化，你觉得这个故事的科学道理在哪里？中年人在速度比较接近光速的飞船惯性系中，时间会变慢，而时间延缓效应对生命、化学过程也是成立的，飞船的速度越大，这种效应越明显，人的新陈代谢也越缓慢，在地球上看来，飞船里的时间变慢了。