高中物理 15.1 相对论的诞生 时间和空间的相对性 新人教版选修3-4

1、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

2、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,

3、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

4、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

5、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cv，第三种情况应是cv，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

6、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100 m，高度为10 m.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10 m.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10 m、80 m. 答案观测到飞船的高度和长度分别为10 m、80 m,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

7、，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c D.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

8、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vBvC.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L090 m，相对地面以u0.8c的速度在一观测站的上