【步步高】2014-2015学年高中物理 15.1-15.2 相对论的诞生　时间和空间的相对性课件 新人教版选修3-4.ppt

第十五章 相对论简介15.1-15.2 相对论的诞生时间和空间的相对性1.知知道道经经典典的的相相对对性性原原理理，知知道道狭狭义义相相对对论论的的实实验验基基础础和它的两个基本假和它的两个基本假设设.2.知道狭知道狭义义相相对论对论的几个主要的几个主要结论结论.3.了了解解经经典典时时空空观观与与相相对对论论时时空空观观的的主主要要区区别别，体体会会相相对论对论的建立的建立对对人人类认识类认识世界的影响世界的影响.学习目标定位学习目标定位一、相对论的诞生问题设计问题设计在在一一艘艘大大船船密密闭闭的的船船舱舱里里，你你能能否否通通过过观观察察自自由由释释放放的的小球的运小球的运动动判断大船是静止判断大船是静止还还是在匀速行是在匀速行驶驶？答答案案不不能能.因因为为不不论论大大船船是是静静止止，还还是是匀匀速速行行驶驶，观观察察到到小小球球的的运运动动都都是是相相同同的的，而而且且都都要要落落在在释释放放点点的的正正下方下方.要点提炼要点提炼1.经典的相对性原理经典的相对性原理(1)惯惯性性系系：如如果果 定定律律在在某某个个参参考考系系中中成成立立，这这个个参参考考系系叫叫做做惯惯性性系系，相相对对一一个个惯惯性性系系做做 运运动动的另一个参考系也是的另一个参考系也是惯惯性系性系.(2)经经典的相典的相对对性原理的三种表述性原理的三种表述表述一：表述一：在任何在任何惯惯性系中都是相同的性系中都是相同的.一、相对论的诞生牛牛顿顿运运动动匀速直匀速直线线力学力学规规律律表表述述二二：在在一一个个惯惯性性参参考考系系内内进进行行的的任任何何 实实验验都都不不能能判判断断这这个个惯惯性性系系是是否否相相对对于于另另一一个个惯惯性性系系做做 运运动动.表述三：任何表述三：任何惯惯性参考系都是性参考系都是 的的.2.经典相对性原理解释电磁规律的困难经典相对性原理解释电磁规律的困难迈迈克克耳耳孙孙莫莫雷雷实实验验证证明明了了光光速速是是不不变变的的，这这与与传传统统的的速速度合成法度合成法则则是是 的的.一、相对论的诞生力学力学匀速直匀速直线线矛盾矛盾平平权权3.狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设(1)狭狭义义相相对对性原理：在不同的性原理：在不同的惯惯性参考系中，一切性参考系中，一切 都是相同的都是相同的.(2)光光速速不不变变原原理理：真真空空中中的的 在在不不同同的的惯惯性性参参考考系中都是系中都是 的的.一、相对论的诞生物理物理规规律律光速光速相同相同二、时间和空间的相对性问题设计问题设计1.如如图图1所所示示，假假设设杆杆MN沿沿着着车车厢厢的的运运动动方方向向固固定定在在火火车车上上，且且与与火火车车一一起起运运动动，火火车车上上的的人人测测得得杆杆的的长长度度与与地面上的人地面上的人测测得杆的得杆的长长度相同度相同吗吗？图图1答案答案不同不同.二、时间和空间的相对性2.某某人人在在这这列列火火车车上上拍拍了了两两下下桌桌子子，火火车车上上的的人人观观测测的的两两次次拍拍桌桌子子的的时时间间间间隔隔与与地地面面上上的的人人观观测测的的时时间间间间隔隔相相同同吗吗？答案答案不同不同.要点提炼要点提炼1.“同时同时”的相对性的相对性(1)经经典典物物理理学学认认为为：如如果果两两个个事事件件在在一一个个参参考考系系中中是是同同时时发发生生的的，那那么么在在另另一一个个参参考考系系中中观观察察也也 (填填“一一定定”或或“不一定不一定”)是同是同时发时发生的生的.(2)狭狭义义相相对对论论的的时时空空观观认认为为：同同时时是是 的的，即即在在一一个个惯惯性性系系中中不不同同地地点点同同时时发发生生的的两两个个事事件件，在在另另一一个个惯惯性性系系中中 (填填“一定一定”或或“不一定不一定”)是同是同时发时发生的生的.二、时间和空间的相对性一定一定相相对对不一定不一定2.长度的相对性长度的相对性(尺缩效应尺缩效应)(1)经经典典的的时时空空观观：一一条条杆杆的的长长度度不不会会因因为为观观察察者者是是否否与杆做与杆做 而不同而不同.(2)狭狭义义相相对论认为对论认为“动动尺尺变变短短”：狭：狭义义相相对论对论中的中的长长度度公公式式：l ，但但垂垂直直于于杆杆的的运运动动方方向向上，上，杆的杆的长长度度 .二、时间和空间的相对性相相对对运运动动l0不不变变3.时间间隔的相对性时间间隔的相对性(1)经经典典的的时时空空观观：某某两两个个事事件件，在在不不同同的的惯惯性性系系中中观观察，它察，它们们的的时间间时间间隔隔总总是是 的的.(2)狭狭义义相相对对论论认认为为“动动钟钟变变慢慢”：时时间间间间隔隔的的相相对对性性公式公式t ，也就是，也就是说说，在相，在相对对运运动动的参考的参考系系中中观观测测，事事件件变变化化过过程程的的时时间间间间隔隔变变大大了了，这这叫叫做做狭狭义义相相对论对论中的中的时间时间膨膨胀胀.二、时间和空间的相对性相同相同4.经典时空观和狭义相对论时空观经典时空观和狭义相对论时空观(1)经经典典时时空空观观：空空间间和和时时间间脱脱离离物物质质而而存存在在，是是绝绝对对的，空的，空间间和和时间时间 ，即与物，即与物质质的运的运动动 .(2)狭狭义义相相对论时对论时空空观观：空：空间间和和时间时间与物与物质质运运动动状状态态 .二、时间和空间的相对性没有没有联联系系无关无关有关有关一、狭义相对论一、狭义相对论典例精析例例1下面下面说说法正确的是法正确的是()A.在在以以 c竖竖直直方方向向升升空空的的火火箭箭上上向向前前发发出出的的光光，对对地速度一定比地速度一定比c大大B.在在以以 c竖竖直直方方向向升升空空的的火火箭箭上上向向后后发发出出的的光光，对对地速度一定比地速度一定比c小小C.在在以以 c竖竖直直方方向向升升空空的的火火箭箭上上沿沿水水平平方方向向发发出出的的光光对对地速度地速度为为c一、狭义相对论一、狭义相对论典例精析D.在在以以 c竖竖直直方方向向升升空空的的火火箭箭上上向向任任一一方方向向发发出出的光的光对对地速度都地速度都为为c解解析析根根据据狭狭义义相相对对论论的的基基本本假假设设光光速速不不变变原原理理可可知知：真真空空中中的的光光速速相相对对于于火火箭箭的的速速度度为为c，相相对对于于地地面面的的速速度度也也为为c，即即对对不不同同的的惯惯性性参参考考系系光光速速是是相相同同的的，因此因此C、D正确，正确，A、B错误错误.答案答案CD二、时间和空间的相对性二、时间和空间的相对性典例精析例例2地地面面上上长长100 km的的铁铁路路上上空空有有一一火火箭箭沿沿铁铁路路方方向向以以30 km/s的的速速度度掠掠过过，则则火火箭箭上上的的人人看看到到铁铁路路的的长长度度应应该该为为多多少少？如如果果火火箭箭的的速速度度达达到到0.6c，则则火火箭箭上上的的人人看看到到的的铁铁路路的的长长度又是多少？度又是多少？解解析析当当火火箭箭速速度度较较低低时时，长长度度基基本本不不变变，还还是是100 km.当当火火箭箭的的速速度度达达到到0.6c时时，由由相相对对论论长长度度公公式式ll0 代代入相应的数据解得：入相应的数据解得：l100 km80 km.答案答案100 km80 km二、时间和空间的相对性二、时间和空间的相对性典例精析例例3介子是一种不介子是一种不稳稳定粒子，平均寿命是定粒子，平均寿命是2.6108 s(在自己的参考系中在自己的参考系中测测得得)(1)如如果果此此粒粒子子相相对对于于实实验验室室以以0.8c的的速速度度运运动动，那那么么在在实实验验室坐室坐标标系中系中测测量的量的介子寿命多介子寿命多长长？(2)介子在衰介子在衰变变前运前运动动了多了多长长距离？距离？二、时间和空间的相对性二、时间和空间的相对性典例精析解析解析(1)介子在实验室中的寿命为介子在实验室中的寿命为t s4.3108 s.(2)该粒子在衰变前运动的距离为该粒子在衰变前运动的距离为xvt0.831084.3108 m10.32 m.答案答案(1)4.3108 s(2)10.32 m课堂要点小结相对论的诞生相对论的诞生经典相对性原理经典相对性原理狭义相对论的狭义相对论的两个基本假设两个基本假设狭义相对性原理狭义相对性原理光速不变原理光速不变原理课堂要点小结时间和时间和空间的空间的相对性相对性同时的相对性同时的相对性长度的相对性长度的相对性ll0时间间隔的相对性时间间隔的相对性t自我检测区1231231.(狭狭义义相相对对论论)如如图图2所所示示，强强强强乘乘坐坐速速度度为为0.9c(c为为光光速速)的的宇宇宙宙飞飞船船追追赶赶正正前前方方的的壮壮壮壮，壮壮壮壮的的飞飞行行速速度度为为0.5c，强强强强向向壮壮壮壮发发出出一一束束光光进进行行联联络络，则则壮壮壮壮观观测测到到该该光束的光束的传传播速度播速度为为()A.0.4cB.0.5cC.0.9c D.c图图2123解解析析由由狭狭义义相相对对论论的的基基本本假假设设：光光速速不不变变原原理理，真真空空中中的的光光速速在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中中都都是是相相同同的的，可可知知D正正确确.答案答案D1232.(狭义相对论狭义相对论)关于狭关于狭义义相相对论对论，下列，下列说说法不正确的是法不正确的是()A.狭狭义义相相对论认为对论认为在不同的在不同的惯惯性参考系中，一切物理性参考系中，一切物理规规律都是相律都是相 同的同的B.狭狭义义相相对对论论认认为为在在一一切切惯惯性性系系中中，光光在在真真空空中中的的速速度度都都等等于于c，与光源的运与光源的运动动无关无关C.狭狭义义相相对论对论只涉及无加速度运只涉及无加速度运动动的的惯惯性系性系D.狭狭义义相相对论对论任何情况下都适用任何情况下都适用解析解析由狭义相对论原理可知由狭义相对论原理可知D错误错误.D1233.(时时间间和和空空间间的的相相对对性性)假假设设甲甲在在接接近近光光速速的的火火车车上上看看地地面面上上乙乙的的手手中中沿沿火火车车前前进进方方向向放放置置的的尺尺，同同时时地地面面上上的的乙乙看看甲甲的的手手中中沿沿火火车车前前进进方方向向放放置置的的相相同同的的尺尺，则则下下列列说说法法正正确确的的是是()A.甲看到乙的手中的尺甲看到乙的手中的尺长长度比乙看到自己手中的尺度比乙看到自己手中的尺长长度大度大B.甲看到乙的手中的尺甲看到乙的手中的尺长长度比乙看到自己手中的尺度比乙看到自己手中的尺长长度小度小C.乙看到甲的手中的尺乙看到甲的手中的尺长长度比甲看到自己手中的尺度比甲看到自己手中的尺长长度大度大D.乙看到甲的手中的尺乙看到甲的手中的尺长长度与甲看到自己手中的尺度与甲看到自己手中的尺长长度相同度相同123解解析析由由ll0 可可知知，运运动动的的观观察察者者观观察察静静止止的的尺尺和和静静止止的的观观察察者者观观察察运运动动的的尺尺时时，都都发发现现对对方方手手中中的的尺比自己手中的变短了，故尺比自己手中的变短了，故B正确，正确，A、C、D错误错误.答案答案B