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34

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1、第第十十五五章章第第1、2節(jié)節(jié)新知預(yù)新知預(yù)習習巧設(shè)計巧設(shè)計名師課名師課堂堂一點通一點通創(chuàng)新演創(chuàng)新演練練大沖關(guān)大沖關(guān) 隨堂檢測隨堂檢測歸納小結(jié)歸納小結(jié) 課下作業(yè)課下作業(yè)綜合提升綜合提升 要點一要點一要點二要點二1知道經(jīng)典的相對性原理，知道狹義相知道經(jīng)典的相對性原理，知道狹義相 對論的實驗基礎(chǔ)和它的兩個基本假設(shè)。對論的實驗基礎(chǔ)和它的兩個基本假設(shè)。2知道狹義相對論的幾個主要結(jié)論。知道狹義相對論的幾個主要結(jié)論。3了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主 要區(qū)別，體會相對論的建立對人類認要區(qū)別，體會相對論的建立對人類認 識世界的影響。識世界的影響。 1相對論的誕生相對論的誕生 (

2、1)經(jīng)典的相對性原理：經(jīng)典的相對性原理： 慣性系：慣性系： 定律能夠成立的參考系。相對一定律能夠成立的參考系。相對一個慣性系做個慣性系做 運動的另一個參考系也是慣性系。運動的另一個參考系也是慣性系。 伽利略相對性原理：伽利略相對性原理： 規(guī)律在任何規(guī)律在任何 系中都是系中都是相同的。相同的。牛頓運動牛頓運動勻速直線勻速直線力學力學慣性慣性 (2)狹義相對論的兩個基本假設(shè)：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動，實驗基礎(chǔ)：不論光源與觀測者做怎樣的相對運動，光速都是光速都是 。 兩個基本假設(shè)：兩個基本假設(shè)：一樣的一樣的狹義相對狹義相對性原理性原理在不同的在不同的 參

3、考系中，一切參考系中，一切 規(guī)律都是相規(guī)律都是相同的同的光速不光速不變原理變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中都是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是 的的慣性慣性物理物理相同相同同時同時相對相對相對運動相對運動小小垂直垂直相同相同速度速度慢慢 (4)相對論時空觀：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，是經(jīng)典時空觀：空間和時間是脫離物質(zhì)存在的，是 的，空間和時間之間也是的，空間和時間之間也是 聯(lián)系的。聯(lián)系的。 相對論時空觀：空間和時間與物質(zhì)的相對論時空觀：空間和時間與物質(zhì)的 有關(guān)。有關(guān)。 絕對絕對沒有沒有 運動狀態(tài)運動狀態(tài)1小球小球A、B同時從離地面某高度自由下落，在絕對時

4、空觀同時從離地面某高度自由下落，在絕對時空觀 中，下列說法中正確的有中，下列說法中正確的有 ()A以地面為參考系，小球以地面為參考系，小球A、B都是做自由落體運動，都是做自由落體運動， 所以地面為慣性系所以地面為慣性系B以小球以小球A為參考系，小球為參考系，小球B相對靜止，所以此時小球相對靜止，所以此時小球 A為慣性系為慣性系C以小球以小球B為參考系，小球為參考系，小球A相對靜止，所以此時小球相對靜止，所以此時小球 B為非慣性系為非慣性系D.不管以誰為參考系，參考系都是慣性系不管以誰為參考系，參考系都是慣性系解析：解析：以地面為參考系，小球以地面為參考系，小球A、B僅受重力作用，做自僅受重力作

5、用，做自由落體運動，符合牛頓運動定律，所以地面為慣性系，由落體運動，符合牛頓運動定律，所以地面為慣性系，A對；以任一小球為參考系，小球?qū)?；以任一小球為參考系，小球A、B也僅受重力作用，也僅受重力作用，但物體卻相對靜止，不符合牛頓運動定律，故此時小球但物體卻相對靜止，不符合牛頓運動定律，故此時小球為非慣性系，為非慣性系，B、D錯，錯，C對。對。答案：答案：AC2設(shè)某人在速度為設(shè)某人在速度為0.5c的飛船上，打開一個光源，則下列說的飛船上，打開一個光源，則下列說 法正確的是法正確的是 ()A飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5cB飛船正后方地面上的觀察

6、者看到這一光速為飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5cC在垂直飛船前進方向的地面上的觀察者看到這一光速在垂直飛船前進方向的地面上的觀察者看到這一光速 是是cD在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c解析：解析：根據(jù)光速不變原理可知根據(jù)光速不變原理可知C、D正確。正確。答案：答案：CD3下列關(guān)于經(jīng)典力學的時空觀，正確的是下列關(guān)于經(jīng)典力學的時空觀，正確的是 ()A在經(jīng)典力學的時空觀中，同時是絕對的，即在一個在經(jīng)典力學的時空觀中，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，參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件， 對另一參考系

7、中的觀察者來說也是同時發(fā)生的對另一參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的B在經(jīng)典力學的時空觀中，時間間隔是絕對的，即任在經(jīng)典力學的時空觀中，時間間隔是絕對的，即任 何事件何事件(或物體的運動或物體的運動)所經(jīng)歷的時間，在不同的參所經(jīng)歷的時間，在不同的參 考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關(guān)考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關(guān)C在經(jīng)典力學的時空觀中，空間距離是絕對的，即如在經(jīng)典力學的時空觀中，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準相同，那么空果各個參考系中用來測量長度的標準相同，那么空 間兩點距離是絕對的、不變的量值，而與參考系選間兩點距離是絕對的、不變的量值，而與參考

8、系選 取無關(guān)取無關(guān)D經(jīng)典力學的時空觀就是一個相對的時空觀，時間和經(jīng)典力學的時空觀就是一個相對的時空觀，時間和 空間均與物體的運動有關(guān)空間均與物體的運動有關(guān)解析：解析：經(jīng)典的時空觀認為，時間、空間均是絕對的，與物經(jīng)典的時空觀認為，時間、空間均是絕對的，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)。同時也是絕對的，即在一個參考系中體的運動狀態(tài)無關(guān)。同時也是絕對的，即在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，在不同參考系中觀察也是同時發(fā)生同時發(fā)生的兩個事件，在不同參考系中觀察也是同時發(fā)生的，故的，故A、B、C均正確錯誤，均正確錯誤，D錯誤。錯誤。答案：答案：ABC 1慣性系和非慣性系慣性系和非慣性系 牛頓運動定律能夠成立的參考系，

9、相對于這個慣性系牛頓運動定律能夠成立的參考系，相對于這個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系。牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系。 2伽利略相對性原理伽利略相對性原理 力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，即任何慣性參力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，即任何慣性參考系都是平權(quán)的。考系都是平權(quán)的。 3相對性原理與電磁規(guī)律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常量，但是按照伽利略的相對性原理，性系中都是一個常量，但是按照伽利略

10、的相對性原理，在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的。邁克耳孫在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的。邁克耳孫莫莫雷實驗證明：不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光雷實驗證明：不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是相同的。速都是相同的。 4邁克耳孫邁克耳孫莫雷實驗?zāi)讓嶒?(1)實驗背景：實驗背景： 根據(jù)麥克斯韋的電磁理論可以直接得到真空中電磁波的根據(jù)麥克斯韋的電磁理論可以直接得到真空中電磁波的速度，并不需要初始條件，也就是說，速度，并不需要初始條件，也就是說，“電磁波的速度是電磁波的速度是c”，這本身就是電磁規(guī)律的一部分，而不是電磁規(guī)律應(yīng)用于某個這本身就是電磁規(guī)律的一部分，而不是電磁規(guī)律應(yīng)用于某個

11、具體事物的結(jié)論。于是，問題出現(xiàn)了：麥克斯韋的電磁理論具體事物的結(jié)論。于是，問題出現(xiàn)了：麥克斯韋的電磁理論相對哪個參考系成立？如果它相對參考系相對哪個參考系成立？如果它相對參考系S是正確的，另外還是正確的，另外還有一個參考系有一個參考系S，S相對于相對于S以速度以速度v運動，那么光相對于運動，那么光相對于S的的速度應(yīng)該是速度應(yīng)該是(cv)而不是而不是c，好像電磁規(guī)律不是對任何慣性系，好像電磁規(guī)律不是對任何慣性系都一樣。都一樣。 (2)實驗結(jié)論：實驗結(jié)論： 不論光源與觀察者做怎樣的相對運動，光速都是不論光源與觀察者做怎樣的相對運動，光速都是一樣的。一樣的。 名師點睛名師點睛狹義相對論認為：光速狹義

12、相對論認為：光速c是宇宙中的最是宇宙中的最大速度，實際物體無論怎樣加速，其速度只能接近而不大速度，實際物體無論怎樣加速，其速度只能接近而不能超越光速能超越光速c。 1屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中中 () A真空中光速不變真空中光速不變B時間間隔具有相對性時間間隔具有相對性 C物體的質(zhì)量不變物體的質(zhì)量不變 D物體的能量與質(zhì)量成正比物體的能量與質(zhì)量成正比 思路點撥思路點撥解答本題的關(guān)鍵是牢記狹義相對論基本解答本題的關(guān)鍵是牢記狹義相對論基本假設(shè)，要與時間間隔的相對性、相對論質(zhì)量等區(qū)分開來。假設(shè)，要與時間間隔的相對性、相對論質(zhì)量等區(qū)分開來。 解

13、析解析狹義相對論基本假設(shè)為：一是在不同的慣性狹義相對論基本假設(shè)為：一是在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；二是真空中的光速參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；二是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，即光速不變原理，由在不同的慣性參考系中都是相同的，即光速不變原理，由此可知此可知A屬于狹義相對論基本假設(shè)，故屬于狹義相對論基本假設(shè)，故A正確，正確，B、C、D錯錯誤。誤。 答案答案A 3理解要點理解要點 (1)時間間隔、長度的變化，都是由于物質(zhì)的相對運動引時間間隔、長度的變化，都是由于物質(zhì)的相對運動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)起的一種觀測效應(yīng)，它與所選取的

14、參考系有關(guān)，物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)并沒有變化。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。及空間的尺寸，是沒有任何意義的。 名師點睛名師點睛以上結(jié)論是狹義相對論的必然結(jié)論，而狹義以上結(jié)論是狹義相對論的必然結(jié)論，而狹義相對論的正確性已被實驗證實，所以以上結(jié)論是高速世界中必相對論的正確性已被實驗證實，所以以上結(jié)論是高速世界中必然發(fā)生的現(xiàn)象，是客觀存在的事實，絕不是人們的主觀臆造，然發(fā)生的現(xiàn)象，是

15、客觀存在的事實，絕不是人們的主觀臆造，人們之所以平常觀察不到這些現(xiàn)象，是因為我們生活在低速運人們之所以平常觀察不到這些現(xiàn)象，是因為我們生活在低速運動的世界里。動的世界里。 2長度測量與被測物體相對于觀察者的運動有關(guān)，長度測量與被測物體相對于觀察者的運動有關(guān)，物體在運動方向上長度縮短了。一艘宇宙飛船的船身長度物體在運動方向上長度縮短了。一艘宇宙飛船的船身長度為為L090 m，相對地面以，相對地面以v0.8c的速度在一觀測站的上的速度在一觀測站的上空飛過?？诊w過。 (1)觀測站測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是觀測站測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是多少？多少？ (2)宇航員測得船身通過觀測站

16、的時間間隔是多少？宇航員測得船身通過觀測站的時間間隔是多少？ 思路點撥思路點撥在接近光速的相對運動中，長度的縮短在接近光速的相對運動中，長度的縮短效應(yīng)不能被忽略。效應(yīng)不能被忽略。 應(yīng)用相對論應(yīng)用相對論“效應(yīng)效應(yīng)”解題的一般步驟：解題的一般步驟： 首先，應(yīng)該通過審題確定研究對象及研究對象的首先，應(yīng)該通過審題確定研究對象及研究對象的運動速度。運動速度。 其次，明確求解的問題，即明確求解靜止參考系其次，明確求解的問題，即明確求解靜止參考系中的觀察結(jié)果，還是運動參考系中的觀察結(jié)果。中的觀察結(jié)果，還是運動參考系中的觀察結(jié)果。 最后，應(yīng)用最后，應(yīng)用“尺縮效應(yīng)公式尺縮效應(yīng)公式”或或“時間延緩效應(yīng)公式時間延緩效應(yīng)公式”進行計算。進行計算。