《2018-2019高中物理 第十五章 相對論簡介 第1節(jié) 相對論的誕生 第2節(jié) 時間和空間的相對性課件 新人教版選修3-4.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019高中物理 第十五章 相對論簡介 第1節(jié) 相對論的誕生 第2節(jié) 時間和空間的相對性課件 新人教版選修3-4.ppt（37頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第十五章,相對論簡介,情 景 切 入 地球上有一對孿生兄弟，哥哥乘飛船遨游太空，弟弟仍留在地球上。相對論告訴我們，當哥哥返回到地球時，遨游太空的哥哥會更年輕！這就是有趣的“雙生子佯謬”，它展示了一個全新的時空觀。 知 識 導 航 本章只是對相對論做了一個簡單的介紹，在學習時可以主要了解以下內容：狹義相對論的兩個基本假設，時間和空間的相對性，狹義相對論的其他結論 ，廣義相對論簡介等知識。本章內容絕大多數是要求同學們了解或知道，更深的內容要到以后繼續(xù)學習。,學 法 指 導 學習本章前應先復習、了解在前面學習過的有關經典力學的局限性內容，在學習中要注意相對論時空觀的學習。本章的學習應采用獨立思考和交

2、流討論相結合方法。在學習本章的過程中，還應注意相對論的全面闡述，這要用到較多的高等數學知識，在這里做到了解即可，不必深入探究。,第一節(jié) 相對論的誕生 第二節(jié) 時間和空間的相對性,課 前 預 習,1慣性系 如果____________定律在某個參考系中成立，這個參考系就叫慣性系。 2經典相對性原理 表述一：力學規(guī)律在任何_________中都是相同的。 表述二：在一個慣性參考系內進行的任何力學實驗都_________判斷這個慣性系是否相對于另一個慣性系做____________運動。 表述三：任何慣性系都是_________的。,經典的相對性原理,牛頓運動,慣性系,不能,勻速直線,平權,1實驗基

3、礎 不論光源與觀測者做怎樣的相對運動，光速都是_________。 2兩個基本假設,狹義相對論的兩個基本假設,一樣的,慣性,物理,相同,1“同時”的相對性 (1)經典的時空觀：在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察______________。 (2)相對論的時空觀：“同時”具有_________性，即在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察_________________。 2“長度”的相對性 (1)經典的時空觀：一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做__________而不同。,時間和空間的相對性,也是相同的,相對,不一定同時,相對運動,(

4、2)相對論的時空觀：“長度”也具有_________性，一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比_________時的長度小。 設相對于靜止的觀察者認為桿的長度為l0，與桿有相對運動的人認為桿的長度為l，桿相對于觀察者的速度為v，則l，l0，v的關系是：l_____________。,相對,靜止,3時間間隔的相對性 (1)經典的時空觀：某兩個事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時間間隔總是_________。 (2)相對論的時間觀：某兩個事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時間間隔是_________的。 設表示相對事件發(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高速運動的參考系

5、中觀察同樣兩事件的時間間隔，則它們的關系是：t______________。,相同的,不同,4相對論時空觀 (1)經典時空觀：空間和時間是脫離物質存在的，是_________的，空間和時間之間也是_________聯(lián)系的。 (2)相對論時空觀：空間和時間與物質的_____________有關。,絕對,沒有,運動狀態(tài),判一判 (1)牛頓運動定律在任何情況下都成立。() (2)狹義相對論的兩個基本假設僅僅是猜想而已，沒有任何依據。() (3)勻加速運動的參考系可以看作慣性系。() (4)在地面上的人看來，高速運行的動車組在運動方向上會變短，而車中的乘客卻感覺到地面上的人看起來扁一些。() (5)相

6、對論時空觀認為空間和時間與物質的運動狀態(tài)無關。(),,,,,,選一選 如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C。假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是() A同時被照亮 BA先被照亮 CC先被照亮 D無法判斷 解析：列車上的觀察者看到的是由B發(fā)出后經過A和C反射的光，由于列車在這段時間內向C運動，而遠離A，所以C的反射光先到達列車上的觀察者，看到C先被照亮，故只有C正確。,C,想一想 假設地面上有一火車以接近光速的速度運行，車內站立著一個中等身材的人，站在路旁邊的人觀察車里的這個人是什么體形？ 答案：是一個中等個子的

7、瘦人 解析：人是站著的，路旁的人觀察到的車內的人沿車運動的方向上的長度(決定胖瘦)變短了，所以人變瘦。但人在垂直于車運動方向上的長度(決定身高)不變。,課 內 探 究,考慮幾個問題： (1)如圖所示，參考系O相對于參考系O靜止時，人看到的光速應是多少？ (2)參考系O相對于參考系O以速度v向右運動，人看到的光速應是多少？ (3)參考系O相對于參考系O以速度v向左運動，人看到的光速又是多少？ 提示：根據狹義相對論理論知，光速是不變的，各種情況下光的速度都是c。,探究一經典的相對性原理與狹義相對性原理,,1對慣性系和非慣性系的認識 (1)慣性系 牛頓運動定律能夠成立的參考系稱為慣性參考系。相對于這

8、個參考系做勻速直線運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動，根據牛頓第二定律，房屋和樹木應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。,2伽利略相對性原理： 力學規(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： (1)根據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是各不相同的。 (2)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動，光速都

9、是相同的。 4愛因斯坦狹義相對論的兩個基本假設： (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。,特別提醒：如何判斷一個參考系是慣性參考系還是非慣性參考系？我們通常選大地為慣性參考系，相對于地面靜止或做勻速運動的物體都是慣性參考系；相對于地面做變速運動的物體都是非慣性參考系。,(多選)關于狹義相對論的兩個假設，下列說法正確的是( ) A在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B在不同的慣性參考系中，力學規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣 C真空中的光速在不同的慣性參考中都是相同的 D真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的 解題指導：愛

10、因斯坦的狹義相對性原理是伽利略力學相對性原理的推廣，不僅包含了力學規(guī)律，也包含了電磁規(guī)律。 解析：狹義相對論的兩個基本假設分別是狹義相對性原理和光速不變原理，選項A、C正確。,AC,對點訓練1如圖所示，強強乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強強向壯壯發(fā)出一束光進行聯(lián)絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為 () A0.4c B0.5c C0.9c Dc 解析：由狹義相對論的基本假設：光速不變原理，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，可知D正確。,D,世界上各式各樣的鐘：砂鐘、電鐘、機械鐘、光鐘和生物鐘。既然運動可以使某一種鐘變慢，它一定會使所

11、有的鐘都一樣變慢。這種說法對嗎？ 提示：對,探究二動尺變短和動鐘變慢,3分析時間間隔和長度變化時應注意的問題 (1)時間間隔、長度的變化，都是由于物質的相對運動引起的一種觀測效應，它與所選取的參考系有關，物質本身的結構并沒有變化。 (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。,特別提醒：不管是“動尺變短”還是“動鐘變慢”都是相對觀察者的測量結果而言，而尺子和鐘本身的結構并不發(fā)生變化。,如圖，假設一根10 m長的梭鏢以光速穿過一根10 m長的管子，它們的長度都是在靜止狀態(tài)下測量的。以下敘述中最好的描述

12、了梭鏢穿過管子的情況的是() A梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來 C兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個位置，管子恰好遮住梭鏢 D所有這些都與觀察者的運動情況有關,D,解析：如果你是在相對于管子靜止的參考系中觀察運動著的梭鏢，那么梭鏢看起來就比管子短，在某些位置梭鏢會完全在管子內部，然而當你和梭鏢一起運動時，你看到的管子就縮短了，所以在某些位置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子。,對點訓練2如圖所示，在一個高速轉動的巨大轉盤上，放著A、B、C三個時鐘，下列說法正確的是() AA時鐘走得最慢，B時鐘走得最快 BA時鐘走得最慢，

13、C時鐘走得最快 CC時鐘走得最慢，A時鐘走得最快 DB時鐘走得最慢，A時鐘走得最快,C,素 養(yǎng) 提 升,1經典時空觀 經典物理學認為空間和時間是脫離物質而存在的，是絕對的，空間與時間也是沒有聯(lián)系的。 2相對論時空觀 相對論則認為空間和時間與物質的運動狀態(tài)有關。前面已經看到，在一個確定的參考系中觀察，運動物體的長度(空間距離)和它上面物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的運動狀態(tài)有關。,(多選)如圖所示，你站在水平木桿AB的中央附近，并且看到木桿落在地面上時是兩端同時著地的，所以，你認為這木桿是平著落到了地面上；若此時飛飛小姐正以接近光速的速度從你前面掠過，她看到B端比A端先落地，因而她認為木桿是向右傾斜著落地的。她的看法是() A對的 B錯的 C她應感覺到木桿在朝她運動 D她應感覺到木桿在遠離她運動,AC,解析：當飛飛小姐掠過木桿時，在她看來，木桿不僅在下落，而且還在朝她運動，正好象星體朝你的飛船運動一樣。因此，在你看來同時發(fā)生的兩個事件， 在飛飛小姐看來首先在B端發(fā)生；到底在A和B處的兩個事件是同時發(fā)生，還是在B處先發(fā)生？這一問題是沒有意義的。因為運動是相對的，對運動的描述取決于選擇的參考系。對于你來說木桿是平著下落的，對飛飛小姐來說木桿是向右斜著下落的，雖然難以置信，但你和她都是正確的。,