高中物理 第15章 第1、2节 相对论的诞生课件 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 中国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 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 相对 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 相对运动 相对 静止 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 我们通常选大地为惯性参考系 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 2015年4月25日 尼泊尔发生8 1级强地震 中国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 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解析 根据时间的相对性可知 选项a正确 如图所示 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 a 0 4cb 0 5cc 0 9cd c 对光速不变原理的理解 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 假如一对孪生兄弟a和b 其中b乘坐速度为v 0 9c的火箭飞往大角星 而后又飞回地球 根据a在地球上的观测 大角星离地球有40万光年 这次b往返飞行经历时间为80 8年 如果b在离开地球时 他们的年龄都为20岁 试问当b回到地球时 他们的年龄各有多大 时间间隔的相对性 答案 a 100 8岁b 55 2岁点评 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 如图所示 在一个高速转动的巨大转盘上 放着a b c三个时钟 下列说法正确的是 a a时钟走得最慢 b时钟走得最快b a时钟走得最慢 c时钟走得最快c c时钟走得最慢 a时钟走得最快d b时钟走得最慢 a时钟走得最快答案 c 如图 假设一根10m长的梭镖以光速穿过一根10m长的管子 它们的长度都是在静止状态下测量的 以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是 长度的相对性 a 梭镖收缩变短 因此在某些位置上 管子能完全遮住它b 管子收缩变短 因此在某些位置上 梭镖从管子的两端伸出来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 所有这些都与观察者的运动情况有关 解析 如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖 那么梭镖