教科版必修二 第五章 5.2相对论时空观3.5.3宇宙的起源与演化 课件（23张）.pptx

5 2相对论时空观 5 3宇宙的起源与演化 一 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 二 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 牛顿运动 匀速直线 力学 惯性 惯性 物理 相同 三 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 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 同时 相对 同时 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 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 0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 表示相对事件发生地以速度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 即运动时钟会变慢 相同 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 理解概念 判断下列说法是否正确 1 一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同 这是经典物理学家的观点 2 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 3 动钟变慢 是时钟的精度因运动而发生了变化 4 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 5 高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了 6 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 四 宇宙及恒星的演化1 宇宙演化根据大爆炸理论 在宇宙形成之初是 粒子家族 尽显风采的时期 在大爆炸之后逐渐形成了夸克 轻子和 等粒子 随后经过 时代 时代 时代 继续冷却 质子 电子 原子等与 分离而逐步组成恒星和星系 胶子 强子 轻子 核合成 光子 2 恒星的演化 1 恒星的形成 大爆炸后 在万有引力作用下形成 进一步凝聚使引力势能转变为 温度升高 直到发光 于是 诞生了 2 恒星演变 核聚变反应 层级递进地在恒星内发生 直到 不再发生时 恒星的 达到极大 3 恒星归宿 恒星最后的归宿有三种 它们是 星云团 内能 恒星 各种热核反应 中心密度 白矮星 中子星 黑洞 经典的相对性原理及狭义相对论的两个基本假设 观察探究 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 答案根据速度合成法则 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 探究归纳 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 试题案例 例1 多选 关于狭义相对论 下列说法正确的是 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abc 针对训练1 多选 根据伽利略相对性原理 可以得到下列哪些结论 a 力学规律在任何惯性系中都是相同的b 同一力学规律在不同的惯性系中可能不同c 在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否做匀速直线运动d 在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否做匀速直线运动解析由伽利略相对性原理可知a c正确 答案ac 时间和空间的相对性 试题案例 例2 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 答案100km80km 两种情况 1 在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象 2 我们平常观察不到这种长度收缩效应 是因为我们生活在比光速低得多的低速世界里 长度收缩效应极不明显 即使运动物体的速度达到v 30000km s 即0 1c 长度收缩效应也只不过是5 因此 在低速运动中 v c l l0 长度收缩效应可忽略不计 例3 a b两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处 va vb 在火箭a上的人观察到的结果正确的是 a 火箭a上的时钟走得最快b 地面上的时钟走得最快c 火箭b上的时钟走得最快d 火箭b上的时钟走得最慢 答案a 1 时间延缓效应是时空的一种属性 在运动参考系中的时间节奏变慢了 一切物理过程 化学过程乃至观察者自己的生命节奏都变慢了 2 由于运动是相对的 故在某一个参考系中观察另一个不同参考系里发生的物理事件时 总能感到时间延缓效应 3 日常生活中