高中物理 第15章 第1、2节相对论的诞生时间和空间的相对性课件 新人教版选修34.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 4 相对论简介 第十五章 第一节相对论的诞生第二节时间和空间的相对性 第十五章 古时 有一句得道成仙之语 洞中方一日 世上已千年 这句话人们也许认为是一派胡言 但在现实中确有其事 这正是当前欧美科学界热衷探索的超自然现象 称之为 时空隧道 这也证明在中国古代可能已发现 时空隧道 1 惯性系如果 定律在某个参考系中成立 这个参考系就叫惯性系 2 经典相对性原理表述一 力学规律在任何 中都是相同的 表述二 在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都 判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 运动 表述三 任何惯性系都是 的 经典的相对性原理 牛顿运动 惯性系 不能 匀速直线 平权 1 狭义相对性原理在 参考系中 一切物理定律都是相同的 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 光速与光源 观测者间的相对运动 关系 狭义相对论的两个基本假设 不同的惯性 相同 没有 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 2 相对论的时空观 同时 具有相对性 即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 时间和空间的相对性 也是相同的 不一定同时 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 设相对于静止的观察者认为杆的长度为l0 与杆有相对运动的人认为杆的长度为l 杆相对于观察者的速度为v 则l l0 v的关系是 l 相对运动 相对 静止 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 2 相对论的时间观 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察同样两事件的时间间隔 则它们的关系是 t 相同的 不同 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 一 对惯性系和非惯性系的认识1 惯性系牛顿运动定律能够成立的参考系称为惯性参考系 相对于这个参考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性参考系 2 非惯性系牛顿定律不能成立的参考系称为非惯性参考系 例如 我们坐在加速的车厢里 以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动 根据牛顿第二定律 房屋和树木应该受到不为零的合力作用 但事实上没有 也就是牛顿定律不成立 这里的加速车厢就是非惯性参考系 特别提醒 如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系 我们通常选大地是惯性参考系 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 2014年8月3日 云南鲁甸发生地震灾害 武警总队特派一飞机前往 飞机在某高空做匀速直线运动 投放一包救急物品 灾民看到物品做曲线运动 飞行员看到物品做自由落体运动 物品刚好落在灾民救济处 根据经典时空观 则下列说法正确的是 a 飞机为非惯性参考系b 飞机为惯性参考系c 灾民为非惯性参考系d 灾民为惯性参考系 答案 bd解析 物品投放后 仅受重力作用 飞行员看物品是初速度为零的自由落体运动 符合牛顿运动定律 故飞机为惯性参考系 b对 而地面上的人员看物品做初速度不为零的抛体运动 也符合牛顿运动定律 d也对 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 特别提醒 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 假设地面上有一火车以接近光速的速度运行 车内站立着一个中等身材的人 站在路旁边的人观察车里的人 观察的结果是 a 这个人是一个矮胖子b 这个人是一个瘦高个子c 这个人矮但不胖d 这个人瘦但不高 答案 d解析 人是站着的 路旁的人观察到的车内的人沿车运动的方向上的长度 决定胖瘦 变短了 所以人变瘦 但人在垂直于车运动方向上的长度 决定身高 不变 对光速不变原理的理解 a 0 4cd 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 d 答案 cd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 即对不同的惯性参考系光速是相同的 因此c d正确 a b错误 时间间隔的相对性 点评 狭义相对论的几个结论是这一章的重要内容 在对这些结论或公式用于分析和计算时 要注意理解其中各量的意义 切记不可盲目乱套公式 世界上各式各样的钟 砂钟 电钟 机械钟 光钟和生物钟 既然运动可以使某一种钟变慢 它一定会使所有的钟都一样变慢 这种说法是 a 对的 对各种钟的影响必须相同b 不对 不一定对所有的钟的影响都一样c a和b分别说明了两种情况下的影响d 以上说法全错答案 a 长度的相对性 c 两者都收缩 且收缩量相等 因此在某个位置 管子恰好遮住梭镖d 所有这些都与观