高中物理 61.2 牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界课件 鲁科版选修34.ppt

第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界 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 一 经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设 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 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 惯性 物理 相同 一样的 二 时间和空间的相对性 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的 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的 也是同时 相对 不一定是同时 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 设相对于杆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 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 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 不同 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 经典的相对性原理与狭义相对性原理 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 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 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 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 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 理解要点 1 时间间隔 长度的变化 都是由于物体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 结论 光速c是宇宙速度的 且相对任何参考系 光速都是的 极限 不变 典例1 如图6 1 2 1所示 考虑几个问题 图6 1 2 1 狭义相对论的简单应用 1 如图所示 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 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c v 第三种情况应是c v 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借题发挥狭义相对论的光速不变原理 光速对任何参考系都是相同 答案在地面的观察者看来光信号的速度为c 不是1 1c 典例2 如图6 1 2 2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vb vc 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6 1 2 2 时间和空间相对性 答案火箭c上的时钟走得最慢 地面上的钟走得最快 变式2 长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关 物体在运动方向长度缩短了 一艘宇宙飞船的船身长度为l0 90m