高中物理 第十五章 相对论简介 1 相对论的诞生 2 时间和空间的相对性课堂互动学案 新人教版选修3-4.doc

1 相对论的诞生 2 时间和空间的相对性课堂互动三点剖析1.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的。2.同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。 同时的相对性：在经典物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的两个假设，同时是相对的。长度的相对性：(1)经典物理学认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。(2)如果与杆相对静止的人认为杆长是0，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间的关系为l=(3)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。时间间隔的相对性: 运动的人认为两个事件时间间隔为t，地面观察者测得的时间间隔为t，两者之间关系为t=。3.相对论的时空观，相对性与绝对性。 相对论的时空观：相对论认为空间和时间之间是有联系的，与物质的运动状态有关。 相对性与绝对性：时容量度是相对的，但客观事物的存在、发生与发展的过程又是绝对的，不以观察者所处的参考系的不同而改变。各个击破【例1】 判断是否正确：伽利略相针对性原理和爱因斯坦相对性原理是相同的。解析：伽利略相对性原理适用于低速，爱因斯坦相对论适用于高速。答案：错。类题演练 牛顿的经典力学只适用于_和_。答案：宏观 低速【例2】 假定一列火车沿着固定在惯性参考系k中的直线轨道以不变的速度u运动(u较大)，第二惯性参考系k连接在火车上，与火车一起运动，假定从火车的前后每一端发出一个闪电，有人出现在k系b点，b在a和c正中间，如图15-2-1所示，他观测到闪电同一瞬时到达b点，则坐在火车上中点b的另一个观察者观测到什么样的“事件”？图15-2-1解析：坐在火车上中点b的一个观察者发现，来自火车前端c的闪光比来自后端a的闪光先期到达b。这是因为由于对两个闪光来说光速相对于k系也都有相同速度c，火车向右运动，是迎着c的闪光前进的，缩短了光程，是顺着a点的闪光前进，延长了光程，所以k中的b点的观察者看到c点的闪光出现在a点的闪光之前。答案：b点的观察者看到c点的闪光出现在a点的闪光之前。【例3】 一支静止时30 m的火箭以3 km/s的速度从观察者的身边擦过。(1)观察者测得火箭的长度应为多少？(2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？(3)如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？解析：火箭上的人相对火箭永远是静止的，无论火箭速度是多少，火箭上测得的火箭长与静止时测得的火箭长均是l=30 m，而火箭下的观察者看火箭时有相对速度v，则它测量值要缩短，即ll，所以。当v=3103 m/s时，l=30(1-5.010-11) m。当v=时,l=26 m。答案：(1)l=30-(1-510-11) m (2)l=30 m (3)l=26 m【例4】 (1)以8103 m/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过1 min，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花去的时间是_min。(2)若卫星以0.9c(c为真空中的光速)的速度在太空中飞行，其中一只完好的手表走过了1 min，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花去的时间_min。(3)若卫星以0.9c的速度在太空中飞行，地面上的观察者看到卫星上有一只完好的手表走过了1 min，则卫星上的观察者认为这只表已经走了_ min.解析：(1)卫星上观测到的时间为t=1 min，卫星运动的速度为v=8103m/s，所以地面上观测到的时间为。结论：对于该卫星来说，相对论效应微不足道。(2)地面上观察的时间.(3)飞船上的人认为这只表走时为=0.436 min。答案：(1)1+1.3310-10 min (2)2.3 min (3)0.436 min【例5】 设想一光子飞船以v=0.95c的速率相对于地球运动，若飞船上宇航员用测时器测他吸一支烟用