教科版选修34 第6章 相对论 123 课件（33张）.pptx

第六章 1牛顿力学中运动的相对性2狭义相对论的两个基本假设3时间 长度的相对性 学习目标1 了解牛顿力学中运动的相对性 2 了解伽利略相对性原理及其速度变换公式 3 了解狭义相对论的两个基本假设 4 了解狭义相对论的几个主要结论 5 了解经典时空观与相对论时空观的重要区别 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 牛顿力学中运动的相对性 1 在一艘密闭的大船船舱里 你能否通过观察自由释放的小球的运动判断大船是静止还是在匀速行驶 答案 答案不能 因为不论大船是静止还是匀速行驶 观察到小球的运动都是相同的 而且都要落在释放点的正下方 2 若大船相对地面以速率u向前匀速行驶 船上某人相对船以v 向前跑 则他相对地面的速率是多少 若此人以v 向船后跑呢 答案若此人相对船以v 向前跑 则他相对地面的速率为v1 u v 若向船后跑 则他相对地面的速率为v2 u v 1 伽利略相对性原理 1 惯性系 如果定律在某个参考系中成立 这个参考系叫做惯性系 相对这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 的规律在任何惯性系中都是一样的 2 经典时空观经典时空观认为时间和空间是脱离物质而存在的 是绝对的 时间和空间是相互独立 互不相关的 牛顿运动 匀速直线 力学 3 伽利略速度变换公式若车厢相对地面以u向前行驶 车厢内人相对车厢以速率v 向前跑 则人对地面的速率为v 若人向车后跑时 相对地面的速率为v u v u v 判断下列说法的正误 1 任何力学规律在惯性系中都是相同的 2 同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 3 在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在匀速运动 答案分别为c c v c v 二 狭义相对论的两个基本假设 如图1所示 光源在参考系o中 1 根据伽利略速度变换公式 计算当参考系o 与参考系o相对静止时 o 相对于o以速度v向右匀速运动时以及o 相对于o以速度v向左匀速运动时人看到的光速分别是多少 答案 图1 答案光速对不同的参考系 值是相同的 即光速不变 2 根据狭义相对论原理 在不同的参考系中 光速的大小是不同的吗 答案 答案不是 伽利略速度变换公式适用于低速运动的情况 3 伽利略速度变换公式是错误的吗 狭义相对论的两个基本假设1 爱因斯坦相对性原理对不同的惯性系 包括的和的 都是一样的 2 光速不变原理光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是的 物理规律 力学 电磁 相同 判断下列说法的正误 1 在真空中 若物体以速度v背离光源运动 则光相对物体的速度为c v 2 光速不变原理是 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 3 根据狭义相对论的两个假设 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是相同的 如图2所示 一列车以速度v经过站台 站台中部的观察者c看到列车车头正好到达站台最右端的a人时 车尾正好到达站台最左端的b人 1 若此时站台上的观察者c看到a b两人同时面向列车举起手中的小红旗 那么站在列车中点的观察者c 看到a b两人是同时举旗的吗 如果不是同时举旗 他会看到哪个人先举旗 三 时间 长度的相对性 答案不是同时举旗 他看到a人先举旗 答案 图2 2 站台上的观察者c看到列车长度刚好和站台长度相同 列车上的观察者c 认为列车长度和站台长度相同吗 如果不相同 他认为列车长还是站台长 答案列车长度和站台长度不相同 站台要短一些 答案 3 假定列车上的观察者c 举起小红旗向站台上的a b两人挥动致意 他认为自己从举起小红旗到放下小红旗的时间为t 站台上的观察者c观察到他举旗的时间也为t吗 如果不是t 他认为这个时间比t长还是短 答案不是t 他认为这个时间比t长 1 同时的相对性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 1 经典的时空观认为 填 一定 或 不一定 是同时发生的 2 狭义相对论的时空观认为 填 一定 或 不一定 是同时发生的 2 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 一定 不一定 相同 2 狭义相对论认为 动钟变慢 时间间隔的相对性公式 也就是说 在相对运动的参考系中观测 事件变化过程的时间间隔变大了 这叫做狭义相对论中的时间膨胀 3 长度的相对性 动棒缩短效应 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 狭义相对论认为 动棒缩短 狭义相对论中的长度公式 l 但垂直于杆的运动方向上 杆的长度 相对运动 不变 4 经典时空观和狭义相对论时空观 1 经典时空观 空间和时间脱离物质而存在 是绝对的 空间和时间 即与物质的运动 2 狭义相对论时空观 空间和时间与物质运动状态 没有联系 无关 有关 判断下列说法的正误 1 一根杆的长度静止时为l0 不管杆如何运动 杆的长度均小于l0 2 动钟变慢 是时钟的精度因运动而发生了变化 3 长度 时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变 4 地面上的人认为两个事件同时发生 而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认为 题型探究 一 伽利略相对性原理与狭义相对论 应用狭义相对论的几点注意 1 惯性系与非惯性系的确定 我们通常选取大地为惯性系 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 2 光的传播速度与惯性系的选取无关 在任何情况下 真空中的光速都是c 3 力学规律相对于惯性系来说都是相同的 解析对车上的观察者 小球的初速度v0 0 加速度a 1m s2 经过10s 速度v1 at 10m s 对地上的观察者 小球初速度v0 20m s 加速度为a 1m s2 经过10s 速度v2 v0 at 30m s 例1如图3所示 在列车车厢里的光滑水平面上有一个质量为m 5kg的小球 正随车厢一起以20m s的速度匀速前进 现在给小球一个水平向前的f 5n的拉力作用 求经10s时 车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少 解析 答案 图3 答案10m s30m s 两个观察者的结果虽然不同 但都利用了牛顿运动定律 因此都是惯性参考系 观察的结果不同 是因为选择了不同的参考系 例2 多选 下面说法正确的是a 在以c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 答案 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 应用相对论 效应 解题的一般步骤 1 应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度 2 明确求解的问题 即明确求解静止参考系中的观察结果 还是运动参考系中的观察结果 3 应用 动棒缩短效应公式 或 时间延缓效应公式 进行计算 二 时间 长度的相对性 例3地面上长100km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30km s的速度掠过 则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少 如果火箭的速度达到0 6c 则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少 解析 答案 解析当火箭速度较低时 长度基本不变 还是100km 当火箭的速度达到0 6c时 由相对论长度公式l l0代入相应的数据解得 l 100 km 80km 答案100km80km 例4 介子是一种不稳定粒子 平均寿命是2 6 10 8s 在它自己的参考系中测得 1 如果此粒子相对于实验室以0 8c的速度运动 那么在实验室坐标系中测量的 介子寿命多长 答案4 3 10 8s 解析 答案 解析 介子在实验室中的寿命为 解析 答案 2 在 1 中实验室坐标系里测量的 介子在衰变前运动了多长距离 答案10 32m 解析该粒子在衰变前运动的距离为x u t 0 8 3 108 4 3 10 8m 10 32m 达标检测 1 多选 关于狭义相对论的两个基本假设 下列说法正确的是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 答案 1 2 3 4 2 如图4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 答案 1 2 3 4 图4 解析由狭义相对论的基本假设 光速不变原理可知 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 解析 解析由l l0可知 运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时 都发现对方手中的尺比自己手中的尺短 故b正确 a c d错误 答案 解析 1 2 3 4 3 假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺 同时地面上的乙看甲的手中沿火车前进方向放置的相同的尺 则下列说法正确的是a 甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度长b 甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度短c 乙看到甲的手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度长d 乙看到甲的手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同 4 多选 用相对论的观点判断下列说法正确的是a 时间和空间都是绝对的 在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变b 在地面上看 以10km s的速度运动的飞船中的时钟会变快 但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的c 在地面上的人看来 以10km s的速