《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(guān)《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?jiān)谘b配圖網(wǎng)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(dāng)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(dǎo) 航 本章只是對相對論做了一個簡單的介紹，在學(xué)習(xí)時可以主要了解以下內(nèi)容：狹義相對論的兩個基本假設(shè)，時間和空間的相對性，狹義相對論的其他結(jié)論 ，廣義相對論簡介等知識。本章內(nèi)容絕大多數(shù)是要求同學(xué)們了解或知道，更深的內(nèi)容要到以后繼續(xù)學(xué)習(xí)。,學(xué) 法 指 導(dǎo) 學(xué)習(xí)本章前應(yīng)先復(fù)習(xí)、了解在前面學(xué)習(xí)過的有關(guān)經(jīng)典力學(xué)的局限性內(nèi)容，在學(xué)習(xí)中要注意相對論時空觀的學(xué)習(xí)。本章的學(xué)習(xí)應(yīng)采用獨(dú)立思考和交
2、流討論相結(jié)合方法。在學(xué)習(xí)本章的過程中，還應(yīng)注意相對論的全面闡述，這要用到較多的高等數(shù)學(xué)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(yù) 習(xí),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(jīng)典相對性原理 表述一：力學(xué)規(guī)律在任何_________中都是相同的。 表述二：在一個慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都_________判斷這個慣性系是否相對于另一個慣性系做____________運(yùn)動。 表述三：任何慣性系都是_________的。,經(jīng)典的相對性原理,牛頓運(yùn)動,慣性系,不能,勻速直線,平權(quán),1實(shí)驗(yàn)基
3、礎(chǔ) 不論光源與觀測者做怎樣的相對運(yùn)動，光速都是_________。 2兩個基本假設(shè),狹義相對論的兩個基本假設(shè),一樣的,慣性,物理,相同,1“同時”的相對性 (1)經(jīng)典的時空觀：在同一個慣性系中不同地點(diǎn)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(diǎn)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(jīng)典的時空觀：一條桿的長度不會因?yàn)橛^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(yùn)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(yùn)動的桿，其長度總比_________時的長度小。 設(shè)相對于靜止的觀察者認(rèn)為桿的長度為l0，與桿有相對運(yùn)動的人認(rèn)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(guān)系是：l_____________。,相對,靜止,3時間間隔的相對性 (1)經(jīng)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(shè)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(yùn)動的參考系
5、中觀察同樣兩事件的時間間隔，則它們的關(guān)系是：t______________。,相同的,不同,4相對論時空觀 (1)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_________聯(lián)系的。 (2)相對論時空觀：空間和時間與物質(zhì)的_____________有關(guān)。,絕對,沒有,運(yùn)動狀態(tài),判一判 (1)牛頓運(yùn)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(shè)僅僅是猜想而已，沒有任何依據(jù)。() (3)勻加速運(yùn)動的參考系可以看作慣性系。() (4)在地面上的人看來，高速運(yùn)行的動車組在運(yùn)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(rèn)為空間和時間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。(),,,,,,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(dāng)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(jīng)過A和C反射的光，由于列車在這段時間內(nèi)向C運(yùn)動，而遠(yuǎn)離A，所以C的反射光先到達(dá)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(shè)地面上有一火車以接近光速的速度運(yùn)行，車內(nèi)站立著一個中等身材的人，站在路旁邊的人觀察車?yán)锏倪@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(nèi)的人沿車運(yùn)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(yùn)動方向上的長度(決定身高)不變。,課 內(nèi) 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(yīng)是多少？ (2)參考系O相對于參考系O以速度v向右運(yùn)動，人看到的光速應(yīng)是多少？ (3)參考系O相對于參考系O以速度v向左運(yùn)動，人看到的光速又是多少？ 提示：根據(jù)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(jīng)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(rèn)識 (1)慣性系 牛頓運(yùn)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(yùn)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(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律，房屋和樹木應(yīng)該受到不為零的合力作用，但事實(shí)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(xué)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(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，在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的。 (2)邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)證明：不論光源與觀察者做怎樣的相對運(yùn)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(shè)： (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(yùn)動的物體都是慣性參考系；相對于地面做變速運(yùn)動的物體都是非慣性參考系。,(多選)關(guān)于狹義相對論的兩個假設(shè)，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(xué)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(dǎo)：愛
10、因斯坦的狹義相對性原理是伽利略力學(xué)相對性原理的推廣，不僅包含了力學(xué)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(shè)分別是狹義相對性原理和光速不變原理，選項(xiàng)A、C正確。,AC,對點(diǎn)訓(xùn)練1如圖所示，強(qiáng)強(qiáng)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(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，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(shè)：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(jī)械鐘、光鐘和生物鐘。既然運(yùn)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(yīng)注意的問題 (1)時間間隔、長度的變化，都是由于物質(zhì)的相對運(yùn)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)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(jié)果而言，而尺子和鐘本身的結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化。,如圖，假設(shè)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?fàn)顟B(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(yùn)動情況有關(guān),D,解析：如果你是在相對于管子靜止的參考系中觀察運(yùn)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(nèi)部，然而當(dāng)你和梭鏢一起運(yùn)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(diǎn)訓(xùn)練2如圖所示，在一個高速轉(zhuǎn)動的巨大轉(zhuǎn)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(jīng)典時空觀 經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時間是脫離物質(zhì)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(rèn)為空間和時間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。前面已經(jīng)看到，在一個確定的參考系中觀察，運(yùn)動物體的長度(空間距離)和它上面物理過程的快慢(時間進(jìn)程)都跟物體的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。,(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(rèn)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(rèn)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(yīng)感覺到木桿在朝她運(yùn)動 D她應(yīng)感覺到木桿在遠(yuǎn)離她運(yùn)動,AC,解析：當(dāng)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(yùn)動，正好象星體朝你的飛船運(yùn)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?yàn)檫\(yùn)動是相對的，對運(yùn)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。,
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
