人教版相对论的诞生时间和空间的相对性张

第十五章相对论简介第一节相对论的诞生第二节时间和空间的相对性第十五章相对论简介学习目标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．第十五章相对论简介一、经典的相对性原理惯性参考系是指可以使________________成立的参考系．1．力学规律在任何惯性系中都是________的，这就是伽利略相对性原理，又叫经典的相对性原理.2．在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做_____________．或者说，任何惯性参考系都是_______的．牛顿运动定律相同匀速直线运动平权[想一想]

1.牛顿运动定律的适用条件是什么？提示：宏观物体、低速运动、惯性参考系.二、狭义相对论的两个基本假设1．狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是______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．相同相同[想一想]

2.伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同？提示：伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的；狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的.三、时间和空间的相对性1．“同时”的相对性(1)经典的时空观：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___________的．(2)相对论的时空观：“同时”具有_______性，即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________________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．也是同时相对不一定是同时相对运动相对静止相同不同4．相对论的时空观(1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是_____的，空间与时间之间也是_______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[判一判]

3.(1)静止或匀速直线运动的参考系是惯性系．(

)(2)由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系．(

)(3)在不同的惯性系中，光速是不相同的．(

)(4)在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对另一个惯性系做匀速直线运动．(

)(5)在狭义相对论时空观中空间和时间与物质的运动状态无关．(

)提示：(1)√

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×经典的相对性原理与狭义相对性原理1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．2．伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的．3．相对性原理与电磁规律：根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量，但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的．迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的．4．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设：(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．CD[思路探究]

(1)真空中的光速对于竖直方向升空的火箭有什么特点？(2)真空中的光速相对于地面的速度与相对火箭的速度有什么关系？[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．名师点评光速不变原理是对任意惯性参考系的．“同时”具有相对性，即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不一定是同时的．假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件．车上的观察者认为两个事件是同时的，在他看来这很好接受，因为车厢是个惯性系，光向前、向后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁．对“同时”的相对性的理解车下的观察者则不以为然，他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁．他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、向后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些，这两个事件不同时．如图所示，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C对时间间隔的相对性的理解π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在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π＋介子寿命多长？(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？[答案]

(1)4.3×10－8s

(2)10.32m对“长度”的相对性的理解特别提醒：若杆的速度垂直于杆，杆的长度不变化．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？[思路探究]

(1)动尺变短在任何速度下都能明显发生吗？(2)当发生动尺变短时如何计算其长度？[答案]

100km

80km借题发挥(1)尺沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变．(2)动尺变短只有高速(接近光速)运动时才能明显发生．易错辨析——经典的相对性原理与狭义相对论原理的比较[范例]设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是(

)A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c[错因分析]

本题易误选A、B.是因为按经典力学的相对性原理可以得出A、B正确，而这一结论是错误的，与狭义相对论中的光速不变原理相矛盾．CD[解析]根据狭义相对论