《相对论的诞生》PPT课件.ppt

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1、第1页 第十五章第十五章 相对论简介相对论简介第一第一 二节二节 相对论的诞生相对论的诞生 时间和时间和空间的相对性空间的相对性第2页 知识梳理图知识梳理图(学生用书学生用书P87)第3页 第4页 情情 景景 设设 置置(学生用学生用书书P87)在高速运行的火在高速运行的火车车上上对对地面上地面上长长度的度的测测量和量和时间时间的的计计算与地算与地面上的是否相同面上的是否相同?第5页 深深 化化 探探 究究(学生用学生用书书P87)一相一相对论对论的的诞诞生生1.经经典的相典的相对对性原理性原理(1)惯惯性系性系:如果牛如果牛顿顿运运动动定律在某个参考系中成立定律在某个参考系中成立,这这个参考

2、个参考系叫做系叫做惯惯性系性系,相相对惯对惯性系做匀速直性系做匀速直线线运运动动的另一个参考系的另一个参考系也是也是惯惯性系性系.(2)伽利略相伽利略相对对性原理性原理:表述表述(一一):力学力学规规律在任何律在任何惯惯性系中都是相同的性系中都是相同的.表述表述(二二):在一个在一个惯惯性系内性系内进进行的任何力学行的任何力学实验实验都不能判断都不能判断这这个个惯惯性系是否相性系是否相对对于另一个于另一个惯惯性系做匀速直性系做匀速直线线运运动动.表述表述(三三):任何任何惯惯性系都是平性系都是平权权的的.第6页 2.狭狭义义相相对论对论的两个基本假的两个基本假设设(1)狭狭义义相相对对性原理性

3、原理:在不同的在不同的惯惯性参考系中性参考系中,一切物理一切物理规规律都律都是相同是相同.(2)光速不光速不变变原理原理:真空中的光速在不同的真空中的光速在不同的惯惯性系中都是相同性系中都是相同的的.第7页 3.两个相两个相对对性原理的区性原理的区别别对对于伽利略相于伽利略相对对性原理来性原理来说说,参考系中的坐参考系中的坐标单标单位与参考系的位与参考系的运运动动无关无关;参考系中的参考系中的时间时间与参考系的运与参考系的运动动无关无关.其合速度其合速度合成合成规规律律应满应满足足v=v+u.v是是惯惯性系性系A相相对对另一个另一个惯惯性系性系B的速度的速度,u是物体相是物体相对惯对惯性系性系

4、A的速度的速度,那么那么,物体相物体相对对于于惯惯性性系系B的速度的速度v=v+u.以此以此类类推推,光速是可以光速是可以变变大或大或变变小的小的(真真空中空中).第8页 对狭义相对性原理来说对狭义相对性原理来说,力学规律对惯性系来说都是相同力学规律对惯性系来说都是相同的的,但是光速是不变的但是光速是不变的,由于光速不变由于光速不变,造成了与经典理论造成了与经典理论一些不同的结论一些不同的结论,这些结论在低速的世界里是不易搞清楚这些结论在低速的世界里是不易搞清楚的的,但从天体的物理现象中却得到了证实但从天体的物理现象中却得到了证实.第9页 二二时间时间和空和空间间的相的相对对性性1.同同时时的

5、相的相对对性性(1)经经典的典的时时空空观观:在同一个在同一个惯惯性系中不同地点同性系中不同地点同时发时发生的两生的两个事件个事件,在另一在另一惯惯性系中也是同性系中也是同时时的的.(2)相相对论对论的的时时空空观观:“同同时时”具有相具有相对对性性,即在同一即在同一惯惯性系中不性系中不同地点同同地点同时发时发生的两个事件生的两个事件,在另一个在另一个惯惯性系中性系中观观察是不同察是不同时时的的,即同即同时时是相是相对对的的.第10页 2.“长长度度”的相的相对对性性(1)经经典的典的时时空空观观:一条杆的一条杆的长长度不会因度不会因为观为观察者是否与杆做察者是否与杆做相相对对运运动动而不同的

6、而不同的.(2)相相对论对论的的时时空空观观:“长长度度”也具有相也具有相对对性性,一条沿自身一条沿自身长长度方度方向运向运动动的杆的杆,其其长长度度总总比静止的比静止的长长度短度短,但在垂直于杆的方但在垂直于杆的方向上向上,杆的杆的长长度不度不变变.(3)相相对长对长度公式度公式:其中其中l0为为与杆相与杆相对对静止的人静止的人认认为为杆的杆的长长,l是相是相对对杆运杆运动动速度是速度是v的人的人认为认为杆的杆的长长度度.由于由于 所以所以lt.这这是一个令人吃惊的是一个令人吃惊的结论结论:光信号往返的光信号往返的时间时间,地面上的人地面上的人(小小芳芳)和和车厢车厢里的人里的人(小明小明)

7、测测量的量的结结果不一果不一样样,地面上的人地面上的人测测得得的的时间时间(t)要比要比车厢车厢里的人里的人测测得的得的时间时间(t)长长些些.第22页 梯梯 度度 练练 习习(学生用学生用书书P89)基基础础强强化化1.通常我通常我们们把地球和相把地球和相对对地面静止或者匀速直地面静止或者匀速直线线运运动动的物体的物体参考系看做参考系看做惯惯性系性系,若以下列系若以下列系统为统为参考系参考系,属于非属于非惯惯性系性系的有的有()A.停在地面上的汽停在地面上的汽车车B.绕绕地球做匀速地球做匀速圆圆周运周运动动的的飞飞船船C.在大海上匀速直在大海上匀速直线线航行的航行的轮轮船船D.以以较较高速度

8、匀速直高速度匀速直线线运运动动的磁的磁悬悬浮列浮列车车答案答案:B第23页 2.以下以下说说法正确的是法正确的是()A.经经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的B.力学力学规规律在一个静止的参考系和一个匀速运律在一个静止的参考系和一个匀速运动动的参考系中的参考系中是不等价的是不等价的C.经经典典规规律也适用于高速物体律也适用于高速物体D.力学力学规规律在任何律在任何惯惯性系里都是等价的性系里都是等价的答案答案:D第24页 3.在一个在一个惯惯性系中性系中观测观测,有两个事件同有两个事件同时时不同地不同地,则则在其他在其他惯惯性性系中系中观观察

9、察,结结果是果是()A.一定同一定同时时B.可能同可能同时时C.不可能同不可能同时时,但可能同地但可能同地D.不可能同不可能同时时,也不可能同地也不可能同地答案答案:D第25页 4.用相用相对论对论的的观观点判断下列点判断下列说说法是否正确法是否正确()A.时间时间和空和空间间都是都是绝对绝对的的,在任何参考系中一个事件在任何参考系中一个事件发发生的生的时时间间和一个物体的和一个物体的长长度度总总不会改不会改变变B.在地面上的人看来以在地面上的人看来以10 km/s的速度运的速度运动动的的飞飞船中的船中的时钟时钟会会变变快快,但是但是飞飞船中的宇航船中的宇航员员却看到却看到时钟时钟可能是准确的

10、可能是准确的C.在地面上的人看来在地面上的人看来,以以10 km/s的速度行的速度行驶飞驶飞船船,在运在运动动方向方向上会上会变变窄窄,而而飞飞船中的宇航船中的宇航员员却感却感觉觉到地面上的人看起来比到地面上的人看起来比飞飞船中的人扁一些船中的人扁一些.D.当物体运当物体运动动的速度的速度vc时时“时间时间膨膨胀胀”和和“长长度收度收缩缩”效果可效果可忽略不忽略不计计CD第26页 5.关于牛关于牛顿顿力学的适用范力学的适用范围围,下列下列说说法正确的是法正确的是()A.适用于宏适用于宏观观物体物体B.适用于微适用于微观观物体物体C.适用于高速运适用于高速运动动的物体的物体D.适用于低速宏适用于

11、低速宏观观物体物体答案答案:AD第27页 6.下列关于下列关于经经典力学的典力学的时间观时间观,说说法正确的是法正确的是()A.经经典力学的典力学的时时空空观观中中,同同时时是是绝对绝对的的,即在一个参考系中的即在一个参考系中的观观察者在某一察者在某一时时刻刻观观察到的两个事件察到的两个事件,对对另一个参考系中的另一个参考系中的观观察者来察者来说说也是同也是同时时的的B.在在经经典力学的典力学的时时空空观观中中,时间间时间间隔是隔是绝对绝对的的,即任何事件即任何事件(或或物体运物体运动动)所所经历经历的的时间时间,在不同的参考系中在不同的参考系中测测量都是相同量都是相同的的,而与参考系的而与参

12、考系的选选取无关取无关C.经经典力学的典力学的时时空空观观中中,空空间间距离是距离是绝对绝对的的,即如果各个参考即如果各个参考系中用来系中用来测测量量长长度的度的标标准相同准相同,那么空那么空间间两点的距离是两点的距离是绝对绝对的不的不变变的量的量值值,而与参考系的而与参考系的选选取无关取无关第28页 D.经经典力学的典力学的时时空空观观就是一个就是一个绝对绝对的的时时空空观观,时间时间与空与空间间物体物体的运的运动动无关无关答案答案:ABCD第29页 7.A B两架两架飞飞机沿地面上一足球机沿地面上一足球场场的的长长度方向在其上空高速度方向在其上空高速飞过飞过,且且vAvB,在在飞飞机上的人

13、机上的人观观察察结结果正确的是果正确的是()A.A飞飞机上的人机上的人观观察到足球察到足球场场的的长长度比度比B飞飞机上的人机上的人观观察到的察到的大大B.A飞飞机上的人机上的人观观察到足球察到足球场场的的宽宽度比度比B飞飞机上的人机上的人观观察到的察到的小小C.两两飞飞机上的人机上的人观观察到足球察到足球场场的的长长度相同度相同D.两两飞飞机上的人机上的人观观察到足球察到足球场场的的宽宽度相同度相同答案答案:D第30页 8.某宇航某宇航员员要到离地球要到离地球5光年的星球上去旅行光年的星球上去旅行,如果希望把如果希望把这这路程路程缩缩短短为为3光年光年,则则它所乘坐的它所乘坐的飞飞船相船相对

14、对地球的速度地球的速度为为()答案答案:C第31页 9.+介子是一个不介子是一个不稳稳定的粒子平均寿命是定的粒子平均寿命是2.610-8s(在它自己在它自己的参考系中的参考系中测测得得)(1)如果此介子相如果此介子相对对于于实验实验室以室以0.8c的速度运的速度运动动,那么在那么在实验实验室室坐坐标标系中系中测测得的得的+介子的寿命多介子的寿命多长长?(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?第32页 答案答案:(1)4.310-8 s (2)10.32 m第33页 10.远远方的一方的一颗颗星以星以0.8c的速度离开地球的速度离开地球,测测得它得它辐辐射出来的射出来的闪闪光按光按5昼夜的周期昼夜的周期变变化化,求在此星球上求在此星球上测测其其闪闪光周期光周期为为多多长长?答案答案:3昼夜昼夜