高中物理 第15章 相對論簡介 12 相對論的誕生 時間和空間的相對性課件 新人教版選修34

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1、第十五章第十五章 相對論簡介相對論簡介1相對論的誕生相對論的誕生2時間和空間的相對性時間和空間的相對性填一填練一練1.經(jīng)典的相對性原理與狹義相對論的兩個基本假設(shè)(見課本第96頁)(1)經(jīng)典的相對性原理:慣性系:牛頓運(yùn)動定律能夠成立的參考系。相對一個慣性系做勻速直線運(yùn)動的另一個參考系也是慣性系。伽利略相對性原理:力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。(2)狹義相對論的兩個基本假設(shè):實驗基礎(chǔ):不論光源與觀測者做怎樣的相對運(yùn)動,光速都是一樣的。兩個基本假設(shè):填一填練一練2.時間和空間的相對性(見課本第98頁)(1)“同時”的相對性:經(jīng)典的時空觀:在同一個慣性系中不同地點(diǎn)同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系

2、中觀察也是同時的。相對論的時空觀:“同時”具有相對性,即在同一個慣性系中不同地點(diǎn)同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系中觀察不一定是同時的。(2)長度的相對性:經(jīng)典的時空觀:一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運(yùn)動而不同。相對論的時空觀:長度也具有相對性,一條沿自身長度方向運(yùn)動的桿,其長度總比桿靜止時的長度小。設(shè)相對于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長度為l0,與桿有相對運(yùn)動的人認(rèn)為桿的長度為l,桿相對于觀察者的速度為v,則l、l0、v的關(guān)系是l= 填一填練一練(3)時間間隔的相對性:經(jīng)典的時空觀:某兩個事件,在不同的慣性系中觀察,它們的時間間隔總是相同的。相對論的時空觀:某兩個事件,在不同的慣性參考系

3、中觀察,它們的時間間隔是不同的。設(shè)表示相對事件發(fā)生地靜止的慣性系中觀測的時間間隔,t表示相對事件發(fā)生地以v高速運(yùn)動的參考系中觀察同樣兩事件的時間間隔,則它們的關(guān)系是(4)相對論時空觀:經(jīng)典時空觀:空間和時間是脫離物質(zhì)存在的,是絕對的,空間和時間之間也是沒有聯(lián)系的。相對論時空觀:空間和時間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。填一填練一練2015年4月25日,尼泊爾發(fā)生8.1級強(qiáng)地震,中國武警總隊特派一飛機(jī)前往,飛機(jī)在某高空做勻速直線運(yùn)動,投放一包救急物品,災(zāi)民看到物品做曲線運(yùn)動,飛行員看到物品做自由落體運(yùn)動,物品剛好落在災(zāi)民救濟(jì)處,根據(jù)經(jīng)典時空觀,則下列說法正確的是()A.飛機(jī)為非慣性參考系B.飛機(jī)為慣性參考

4、系C.災(zāi)民為非慣性參考系D.災(zāi)民為慣性參考系解析:物品投放后,僅受重力作用,飛行員看物品是初速度為零的自由落體運(yùn)動,符合牛頓運(yùn)動定律,故飛機(jī)為慣性參考系,B對;而地面上的人員看物品做初速度不為零的拋體運(yùn)動,也符合牛頓運(yùn)動定律,D也對。答案:BD探究一探究二探究探究一經(jīng)典的相對性原理與狹義相對性原理經(jīng)典的相對性原理與狹義相對性原理問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引根據(jù)圖示考慮以下幾下問題(1)如圖所示,參考系O相對于參考系O靜止時,人測得的光速應(yīng)是多少?(2)參考系O相對于參考系O以速度v向右運(yùn)動,人測得的光速應(yīng)是多少?(3)參考系O相對于參考系O以速度v向左運(yùn)動,人測得的光速又是多少?探究一探究二探究一探究二名

5、師精講名師精講1.慣性系和非慣性系(1)慣性系:牛頓運(yùn)動定律能夠成立的參考系稱為慣性參考系。牛頓定律成立的這個參考系是慣性參考系,相對于這個參考系做勻速直線運(yùn)動的另一個參考系也是慣性參考系。(2)非慣性系:牛頓定律不能成立的參考系稱為非慣性參考系。例如:我們坐在加速的車廂里,以車廂為參考系觀察路邊的樹木、房屋向后方加速運(yùn)動,根據(jù)牛頓第二定律,房屋和樹木應(yīng)該受到不為零的合力作用,但事實上沒有,也就是牛頓定律不成立,這里的加速車廂就是非慣性參考系。探究一探究二2.伽利略相對性原理:力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。3.相對性原理與電磁規(guī)律:根據(jù)麥克斯韋的電磁理論,真空中的光速在任何慣性系中都是一個

6、常量,但是按照伽利略的相對性原理,在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的。邁克耳孫莫雷實驗證明:不論光源與觀察者做怎樣的相對運(yùn)動,光速都是相同的。4.愛因斯坦狹義相對論的兩個基本假設(shè)(1)在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的。(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。探究一探究二典例剖析典例剖析【例題1】 關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時空觀與相對論的時空觀,下列說法正確的是()A.在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中,同時是絕對的,即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件,對另一個參考系中的觀察者來說也是同時的B.在相對論的時空觀中,時間間隔是絕對的,即任何事件(或物體運(yùn)動)所經(jīng)歷的時間,在不同的參考

7、系中測量都是相同的,而與參考系的選取無關(guān)C.在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中,空間距離是絕對的,即如果各個參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同,那么空間兩點(diǎn)的距離是絕對的不變的量值,而與參考系的選取無關(guān)D.相對論的時空觀就是一個絕對的時空觀,時間與空間物體的運(yùn)動無關(guān)探究一探究二探究一探究二解析:在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中,同時是絕對的,選項A對;在相對論的時空觀中,時間間隔是相對的,選項B錯誤;在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中,空間距離是絕對的,選項C對;相對論的時空觀是一個相對的時空觀,選項D錯誤。答案:AC探究一探究二變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號38190142以下說法中,正確的是 ()A.經(jīng)典物理中的速度合成公式在任何情況下都是適用的

8、B.經(jīng)典物理規(guī)律也適用于高速運(yùn)動的物體C.力學(xué)規(guī)律在一個靜止的參考系和一個勻速運(yùn)動的參考系中是不等價的D.力學(xué)規(guī)律在任何慣性系里都是等價的解析:在所有慣性系中,一切力學(xué)規(guī)律都是等價的,故D正確,C錯誤;經(jīng)典物理規(guī)律是狹義相對論在低速狀態(tài)下的一個近似,所以經(jīng)典物理規(guī)律只適用于低速運(yùn)動的物體,而經(jīng)典物理中的速度合成公式也只適用于低速情況,故A、B均錯誤。答案:D探究一探究二探究一探究二探究探究二動尺變短和動鐘變慢動尺變短和動鐘變慢問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引一架飛機(jī)在上海楊浦大橋上空勻速飛過,飛機(jī)飛行方向與大橋平行,問飛機(jī)上的乘客看到的大橋長度與靜止觀察時相比有什么變化?探究一探究二名師精講名師精講1.動尺變

9、短狹義相對論中的長度公式: ,l0是相對于桿靜止的觀察者測出的桿的長度,而l可以認(rèn)為是桿沿自己的長度方向以速度v運(yùn)動時,靜止的觀察者測量的長度,還可以認(rèn)為桿不動,而觀察者沿桿的長度方向以速度v運(yùn)動時測出的桿的長度。2.動鐘變慢時間間隔的相對性公式: ,是相對事件發(fā)生地靜止的觀察者測量同一地點(diǎn)的兩個事件發(fā)生的時間間隔,而t是相對于事件發(fā)生地以速度v運(yùn)動的觀察者測量同一地點(diǎn)的同樣兩個事件發(fā)生的時間間隔。也就是說:在相對運(yùn)動的參考系中觀測,事件變化過程的時間間隔變大了,這叫作狹義相對論中的時間膨脹。探究一探究二3.分析時間間隔和長度變化時應(yīng)注意的問題(1)時間間隔、長度的變化,都是由于物質(zhì)的相對運(yùn)動

10、引起的一種觀測效應(yīng),它與所選取的參考系有關(guān),物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)并沒有變化。(2)兩個事件的時間間隔和物體的長度必須與所選取的參考系相聯(lián)系,如果在沒有選取參考系的情況下討論時間的長短及空間的尺寸,是沒有任何意義的。4.經(jīng)典時空觀和狹義相對論時空觀(1)經(jīng)典時空觀:空間和時間脫離物質(zhì)而存在,是絕對的,空間和時間沒有聯(lián)系,即與物質(zhì)的運(yùn)動無關(guān)。(2)狹義相對論時空觀:空間和時間與物質(zhì)運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。探究一探究二典例剖析典例剖析【例題2】 當(dāng)火車速度非常接近光速時,相對地面的參考系來說,火車和它里面的一切物體沿運(yùn)動方向?qū)⒖s短得像薄紙片一樣?；疖嚿系娜艘舱J(rèn)為地面上的一切物體都沿火車運(yùn)動的方向變薄了。一列勻速直線

11、前進(jìn)的火車,車廂地板上A處有一盞燈,在燈的正上方車廂頂B處有一面鏡子,AB的高為h?，F(xiàn)在我們要完成一個光學(xué)實驗:打開燈的開關(guān),光信號從A到B,再由鏡面反射回到A處。車廂里站著一個觀測者小明;站臺上站著一個觀測者小芳,如圖所示。探究一探究二探究一探究二探究一探究二故光信號往返的時間,地面上的人(小芳)和車廂里的人(小明)測量的結(jié)果不一樣,地面上的人測得的時間(t)要比車廂里的人測得的時間()長些。 探究一探究二探究一探究二探究一探究二1 2 3 4 51.如果牛頓定律在參考系A(chǔ)中成立,而參考系B相對于A做勻速直線運(yùn)動,則在參考系B中()A.牛頓定律也同樣成立B.牛頓定律不能成立C.A和B兩個參考

12、系中,一切物理定律都是相同的D.參考系B也是慣性參考系解析:根據(jù)狹義相對性原理,在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的,則選項A、C、D正確,B錯誤。答案:ACD1 2 3 4 52.下面的說法中正確的是()A.因為時間是絕對的,所以我們在不同的參考系中觀察到的時間進(jìn)程都是相同的B.空間與時間之間是沒有聯(lián)系的C.有物質(zhì)才有空間和時間D.在一個確定的參考系中觀察,運(yùn)動物體的空間距離和時間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)解析:經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時間是脫離物質(zhì)存在的,是絕對的,空間和時間之間也沒有聯(lián)系,其實是錯誤的,故選項A、B錯誤;因為相對論中空間和時間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān),選項C、D正確。答案:

13、CD1 2 3 4 53.根據(jù)狹義相對論,以下說法正確的是()A.在不同的慣性系中,真空中光速不變B.在不同的慣性系中,物理規(guī)律具有不同的形式C.“同時”具有絕對意義D.物體的長度是絕對的解析:在不同的慣性系中,真空中的光速不變,一切物理規(guī)律都具有相同的形式,選項A正確,B錯誤;“同時”是相對的,物體的長度也是相對的,選項C、D錯誤。答案:A1 2 3 4 54.用狹義相對論的觀點(diǎn)判斷,下列說法中不正確的是 ()A.時間和空間都是絕對的,在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變B.在地面上的人看來,以10 km/s的速度運(yùn)動的飛船中的時鐘會變慢,但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是

14、準(zhǔn)確的C.在地面上的人看來,以10 km/s的速度運(yùn)動的飛船在運(yùn)動方向上會變窄,而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些D.當(dāng)物體運(yùn)動的速度vc時,“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計1 2 3 4 55.導(dǎo)學(xué)號38190144(選做題)如圖所示,某車沿水平方向高速行駛,車廂中央的光源發(fā)出一個閃光,閃光照到了車廂的前、后壁,則地面上的觀察者認(rèn)為該閃光(選填“先到達(dá)前壁”“先到達(dá)后壁”或“同時到達(dá)前后壁”),同時他觀察到車廂的長度比靜止時變(選填“長”或“短”)了。 解析:地面上的觀察者認(rèn)為地面是一個慣性系,閃光向前、后傳播的速度相對地面是相同的,但是在閃光飛向兩壁的過程中,車廂向前行進(jìn)了一段距離,所以向前的光傳播的路程長些,到達(dá)前壁的時間也就晚些,即地面上的觀察者認(rèn)為該閃光先到達(dá)后壁。根據(jù)長度的相對性可知:一條沿自身長度方向運(yùn)動的桿,其長度總比桿靜止時的長度小。故可以得出觀察者觀察到車廂的長度比靜止時變短。答案:先到達(dá)后壁短1 2 3 4 5