15.1 15.2时间和空间的相对性-山西省忻州市第一中学高中物理选修3-4课件(共18张PPT).ppt

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1、相对论简介15.1相对论的诞生15.2时间和空间的相对性,教学目标,1知道狭义相对论的两个基本假设2.知道“时间和空间”是相对的3.知道“动尺变短”、“动钟变慢”,忻州一中物理组,2,1.“惯性系”与“非惯性系”,2.在不同“惯性系”中，同一物体的运动情况一样吗？看课本p96思考与讨论,3.力学规律在任何惯性系中都是相同的-伽利略相对性原理,主题一几个概念,1实验基础(1)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，(2)迈克耳孙莫雷实验证明：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是_。2两个基本假设,一样的,惯性,物理,相同,主题二狭义相对论,1.狭义相对论的两个基本假

2、设：狭义相对性原理-在不同惯性系中，一切物理规律都是相同的光速不变原理-真空中的光速在不同惯性系中都是相同的,2.狭义相对论的推论：（1）“长度”是相对的-沿运动方向长度变短（垂直于运动方向长度不变）即一条沿长度方向运动的杆的长度总比杆静止时长度要短（2）“同时”是相对的-运动参考系中时间变慢,“同时”是相对的看课本p99图15.2-1“谁先看到？”看课本p99图15.2-2,例1：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BA先被照亮CC先被照亮D无法判断,C,

3、“长度”是相对的看课本p100图15.2-3,想一想假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车内站立着一个中等身材的人，站在路旁边的人观察车里的这个人是什么体形？答案：是一个中等个子的瘦人,例6.如图，假设一根10m长的梭镖以光速穿过一根10m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的。以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是()A梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来C两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D所有这些都与观察者的运动情况有关,D,解析：如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，

4、那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全在管子内部，然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子。,研究的是滴墨事件经历时间，观察的是滴在地面上的墨滴.地面上观察者看到的是L0,车上的观察者看到的是L,而在两个参考系中看速度都是v!,分析时间间隔和长度变化时应注意的问题(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化。(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的。,“动尺变短”还

5、是“动钟变慢”都是相对观察者的测量结果而言，而尺子和钟本身的结构并不发生变化。,例5介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6108s(在它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介子寿命多长？(2)在(1)中实验室坐标系里测量的介子在衰变前运动了多长距离？,答案4.3108s，10.32m,答案,解析,该粒子在衰变前运动的距离为xvt0.831084.3108m10.32m.,答案,解析,解析介子在实验室中的寿命为,主题三广义相对论,1.广义相对论的基本假设广义相对性原理-在任何参考系中，物理规律都是相同的相对性原理-一个均匀的引力场与一个

6、匀加速运动的参考系等价,2.广义相对论的几个结论（1）物质的引力可以使光发生弯曲广义相对论预言了引力波的存在（2）引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，例如：在强引力星球附近，时间进程会变慢！,广义相对论的验证：引力波的发现、黑洞的发现说明广义相对论是正确的,4.相对论质量,3.速度变换公式,5.质能方程,时空相对性的验证对宇宙射线中子的观察第一次宏观验证是：1971年，在地面上将四只铯原子钟调整同步后分别放在两架喷气式飞机上，一架向东，一架向西，各自绕地球飞行一周后回到地面，与留在地面上的铯原子钟进行比较。实验结果与相对论理论预言相符合。,相对论的时空观：时间是相对的，空间是相对的，且都与物质的运动状态有关,经典物理的时空观：时间是绝对的，空间是觉对的,