第五章 第1讲

第十五章 相对论简介 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. 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 1 预习导学 梳理识记点拨 2 课堂讲义 理解深化探究 3对点练习 巩固应用反馈 预习导学 梳理识记点拨 4 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 一、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 5 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 2.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理：在不同的 参考系中，一切 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 的. 惯性物理 相同 6 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 二、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 的. (2)狭义相对论的时空观认为：同时是 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 的. 同时 相对 同时 7 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 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 而不同. (2)相对论的时空观：“长度”也具有 性，一条沿自身 长度方向运动的杆，其长度总比 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 . 相对运动 相对 静止 8 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 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 的. 相同 9 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 (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 的. 设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，t表示相对事件发生地以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t . 不同 10 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 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 课堂讲义 理解深化探究 11 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 一、对狭义相对论的理解 1.各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它 们遵从的物理规律是相同的. 2.光速不变原理强调真空中的光速恒定不变，与光源、观察 者间的相对运动没有关系. 12 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 例1 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 13 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 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 D 14 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 针对训练 如图1所示，结合狭义相对论考虑几个问题： 图1 15 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 (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？ 16 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 解析 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cv，第三种情况应是cv，而根据狭义 相对论理论，光速是不变的，都应是c. 答案 (1)c (2)c (3)c 17 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 二、时间和空间的相对性 相对事件发生地或物体静 止的参考系中观察 相对事件发生地或物体 运动的参考系中观察 同时的相对性 事件同时但不同地点发生事件不同时发生 时间间隔的相 对性 两个事件发生的时间间隔 为 两事件发生的时间间隔 变大，t 18 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 长度的 相对性 杆的长度为l0 若参考系沿杆长度的方向运动 ，观察到的杆的长度减小为 ll0 19 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 例2 如图2所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A 、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B 发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的 顺序是( ) A.同时被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.无法判断 图2 20 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 解析 因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的 相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生，可知 C先被照亮. 答案 C 21 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 例3 在一飞船上测得飞船的长度为100 m，高度为10 m.当 飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有 多高、多长？ 解析 因为长度收缩只发生在运动的方向上，在垂直运动的 方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m.设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则根据尺缩效应 22 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 所以观测到飞船的高度和长度分别为10 m、80 m. 答案 观测到飞船的高度和长度分别为10 m、80 m 对点练习 巩固应用反馈 23 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 对狭义相对论的理解 1.关于狭义相对论的两个假设，正确的是( ) A.在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 B.在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样 C.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 D.真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的 解析 根据狭义相对论的两个基本假设，A、C正确. AC 24 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 2.下面说法正确的是( ) A.在以 c沿竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地 速度一定比c大 B.在以 c沿竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地 速度一定比c小 25 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 C.在以 c沿竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的 光对地速度为c D.在以 c沿竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的 光对地速度都为c 26 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 解析 根据狭义相对论的基本假设光速不变原理 可知：真空中的光速相对于火箭的速度为c，相对于地 面的速度也为c，对不同的惯性系是相同的，因此C、 D正确，A、B错误 答案 CD 27 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 时间和空间的相对性 3.如图3所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地 面上，B、C分别放在以速度vB和vC朝同一方向飞行的两枚 火箭上，且vBvC.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢 ？哪个时钟走得最快？ 图3 28 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 解析 根据公式t 可知，相对于观察者的速度v 越大，其上的时间进程越慢，地面上的观察者认为C钟走得 最慢，因为它相对于观察者的速度最大；由t 知t，故地面上的钟走得最快. 答案 火箭C上的时钟走得最慢，地面上的钟走得最快 29 第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 4.长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运 动方向长度缩短了.一艘宇宙飞船的船身长度为L090 m，相 对地面以u0.8c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？