高中物理 15.1 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

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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 针对训练如图1所示 结合狭义相对论考虑几个问题 图1 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 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 二 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 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 例3在一飞船上测得飞船的长度为100m 高度为10m 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10m 设飞船原长为l0 观测到飞船的长度为l 则根据尺缩效应 所以观测到飞船的高度和长度分别为10m 80m 答案观测到飞船的高度和长度分别为10m 80m 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 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 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cd 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 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 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3 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 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l0 90m 相对地面以u 0 8c的速度在一观测站的上空飞过