-牛頓力學中運動的相對性狹義相對論的兩個基本假設時間長度的相對性[來源學優(yōu)高考網(wǎng)]

1、1.了解牛頓力學中運動的相對性了解牛頓力學中運動的相對性.2.了解伽利略相對性原理及其速度變換公式了解伽利略相對性原理及其速度變換公式.3.了解狹義相對論的兩個基本假設了解狹義相對論的兩個基本假設.4.了解狹義相對論的幾個主要結論了解狹義相對論的幾個主要結論.5.了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的重要區(qū)別了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的重要區(qū)別.u 學習目標定位學習目標定位學習探究區(qū)一、牛頓力學中運動的相對性一、牛頓力學中運動的相對性 二、狹義相對論的兩個基本假設二、狹義相對論的兩個基本假設 三、同時的相對性時間間隔的相對性三、同時的相對性時間間隔的相對性 四、長度的相對性相對論時空觀四、長度的相對

2、性相對論時空觀 一、牛頓力學中運動的相對性 返回返回1.伽利略相對性原理伽利略相對性原理(1)慣性系：如果慣性系：如果 定律在某個參考系中成立，這個參考定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系，相對這個慣性系做系叫做慣性系，相對這個慣性系做 運動的另一個參考運動的另一個參考系也是慣性系系也是慣性系.(2)伽利略相對性原理：伽利略相對性原理： 的規(guī)律在任何慣性系中都是一樣的的規(guī)律在任何慣性系中都是一樣的.u 要點提煉要點提煉牛頓運動牛頓運動勻速直線勻速直線力學力學 一、經(jīng)典力學的時空觀一、經(jīng)典力學的時空觀 慣性系和非慣性系的比較慣性系和非慣性系的比較牛牛頓運動定律能夠成立的參考系叫慣性系，勻

3、速運動的汽車、頓運動定律能夠成立的參考系叫慣性系，勻速運動的汽車、輪船等作為參考系就是慣性系牛頓運動定律不成立的參考系稱輪船等作為參考系就是慣性系牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系例如我們坐在加速的車廂里，以車廂為參考系觀察為非慣性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、房屋向后方加速運動，根據(jù)牛頓運動定律，房屋、路邊的樹木、房屋向后方加速運動，根據(jù)牛頓運動定律，房屋、樹木應該受到不為零的合外力作用，但事實上沒有，也就是牛頓樹木應該受到不為零的合外力作用，但事實上沒有，也就是牛頓運動定律不成立，這里加速的車廂就是非慣性系運動定律不成立，這里加速的車廂就是非慣性系一、牛頓力

4、學中運動的相對性 返回返回2.經(jīng)典時空觀經(jīng)典時空觀經(jīng)典時空觀認為時間和空間是脫離物質而存在的，是絕對的，經(jīng)典時空觀認為時間和空間是脫離物質而存在的，是絕對的，時間和空間是相互獨立、互不相關的時間和空間是相互獨立、互不相關的.3.伽利略速度變換公式伽利略速度變換公式若車廂相對地面以若車廂相對地面以u向前行駛，車廂內人相對車廂以速率向前行駛，車廂內人相對車廂以速率v向前跑，則人對地面的速率為向前跑，則人對地面的速率為v ；若人向車后跑時，；若人向車后跑時，相對地面的速率為相對地面的速率為v .uvuv(1)絕對的、真正的和數(shù)學的時間自己在流逝著，并且由于它的絕對的、真正的和數(shù)學的時間自己在流逝著，

5、并且由于它的本性在均勻地、與任何外界事物無關地流逝著本性在均勻地、與任何外界事物無關地流逝著(2)絕對空間，就其本性而言，與外界任何事物無關，而且永遠絕對空間，就其本性而言，與外界任何事物無關，而且永遠是相同的和不動的是相同的和不動的時間和空間的絕對性：與觀測者和被觀測的客觀事物處于什么時間和空間的絕對性：與觀測者和被觀測的客觀事物處于什么樣的運動狀態(tài)無關，或說無論在哪一個參考系中來觀測，測量結樣的運動狀態(tài)無關，或說無論在哪一個參考系中來觀測，測量結果是不變的、絕對的果是不變的、絕對的力學的相對性原理力學的相對性原理力力學的相對性原理指的是力學現(xiàn)象對一切慣性系來說，都遵從學的相對性原理指的是力

6、學現(xiàn)象對一切慣性系來說，都遵從同樣的規(guī)律；或者說，在研究力學規(guī)律時，一切慣性系都是等價同樣的規(guī)律；或者說，在研究力學規(guī)律時，一切慣性系都是等價的、平權的因此無法借助力學實驗的手段確定慣性系自身的運的、平權的因此無法借助力學實驗的手段確定慣性系自身的運動狀態(tài)動狀態(tài)一、牛頓力學中運動的相對性 返回返回一輛勻速行駛的汽車車廂內，實驗者是否可以不受場地的一輛勻速行駛的汽車車廂內，實驗者是否可以不受場地的影響來進行用單擺測定重力加速度的實驗？影響來進行用單擺測定重力加速度的實驗？答案答案勻速行駛的汽車屬于慣性系，所以他能夠完成這個勻速行駛的汽車屬于慣性系，所以他能夠完成這個實驗，且與地面上的結果無異實驗

7、，且與地面上的結果無異.u 延伸思考延伸思考二、狹義相對論的兩個基本假設 返回返回如圖如圖1所示，光源在參考系所示，光源在參考系O中中(1)根據(jù)伽利略速度變換公式，計算當參根據(jù)伽利略速度變換公式，計算當參考系考系O與參考系與參考系O相對靜止時，相對靜止時，O相相對于對于O以速度以速度v向右勻速運動時以及向右勻速運動時以及O相對于相對于O以速度以速度v向左勻速運動時人看到的光速分別是多少？向左勻速運動時人看到的光速分別是多少？(2)根據(jù)狹義相對論原理，在不同的參考系中，光速的大小是根據(jù)狹義相對論原理，在不同的參考系中，光速的大小是不同的嗎？不同的嗎？(3)伽利略速度變換公式是錯誤的嗎？伽利略速度

8、變換公式是錯誤的嗎？u 問題設計問題設計圖圖1二、狹義相對論的兩個基本假設 答案答案(1)分別為分別為c、cv、cv(2)光速對不同的參考系，值是相同的，即光速不變光速對不同的參考系，值是相同的，即光速不變(3)伽利略速度變換公式適用于低速運動的情況伽利略速度變換公式適用于低速運動的情況返回返回二、狹義相對論的兩個基本假設 返回返回狹義相對論的兩個基本假設狹義相對論的兩個基本假設1.愛因斯坦相對性原理愛因斯坦相對性原理對不同的慣性系，對不同的慣性系， (包括包括 的和的和 的的)都是一樣的都是一樣的.2.光速不變原理光速不變原理光在真空中運動的速度在任何慣性參考系中測得的數(shù)值都是光在真空中運動

9、的速度在任何慣性參考系中測得的數(shù)值都是 的的.u 要點提煉要點提煉物理規(guī)律物理規(guī)律力學力學電磁電磁相同相同二、狹義相對論的兩個基本假設 返回返回如圖如圖1所示，光源在參考系所示，光源在參考系O中中(1)根據(jù)伽利略速度變換公式，計算當參根據(jù)伽利略速度變換公式，計算當參考系考系O與參考系與參考系O相對靜止時，相對靜止時，O相相對于對于O以速度以速度v向右勻速運動時以及向右勻速運動時以及O相對于相對于O以速度以速度v向左勻速運動時人看到的光速分別是多少？向左勻速運動時人看到的光速分別是多少？(2)根據(jù)狹義相對論原理，在不同的參考系中，光速的大小是根據(jù)狹義相對論原理，在不同的參考系中，光速的大小是不同

10、的嗎？不同的嗎？(3)伽利略速度變換公式是錯誤的嗎？伽利略速度變換公式是錯誤的嗎？u 問題設計問題設計圖圖1二、狹義相對論的兩個基本假設 答案答案(1)分別為分別為c、cv、cv(2)光速對不同的參考系，值是相同的，即光速不變光速對不同的參考系，值是相同的，即光速不變(3)伽利略速度變換公式適用于低速運動的情況伽利略速度變換公式適用于低速運動的情況返回返回二、力學的相對性原理和狹義相對性原理的區(qū)別二、力學的相對性原理和狹義相對性原理的區(qū)別 力力學的相對性原理指的是力學現(xiàn)象對一切慣性系來說，都遵學的相對性原理指的是力學現(xiàn)象對一切慣性系來說，都遵從同樣的規(guī)律；或者說，在研究力學規(guī)律時，一切慣性系都

11、是等從同樣的規(guī)律；或者說，在研究力學規(guī)律時，一切慣性系都是等價的、平權的因此，無法借助力學實驗的手段確定慣性系自身價的、平權的因此，無法借助力學實驗的手段確定慣性系自身的運動狀態(tài)的運動狀態(tài) 而狹義相對論指的是物理定律在所有慣性系中都是相同的，而狹義相對論指的是物理定律在所有慣性系中都是相同的，因此各個慣性系都是等價的，不存在特殊的絕對的慣性系因此因此各個慣性系都是等價的，不存在特殊的絕對的慣性系因此狹義相對論原理所指范圍更大，內容更豐富狹義相對論原理所指范圍更大，內容更豐富 三、同時的相對性時間間隔的相對性 返回返回1.如圖如圖2所示，一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央所示，一列火車沿

12、平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照亮了車廂的前壁和后壁的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照亮了車廂的前壁和后壁.車上的車上的人觀察到閃光是同時照亮前后壁嗎？地面上的人是怎么認為的？人觀察到閃光是同時照亮前后壁嗎？地面上的人是怎么認為的？圖圖2 答案答案車上的人認為閃光同時照亮了前后壁，地面上的人認為先車上的人認為閃光同時照亮了前后壁，地面上的人認為先照亮后壁照亮后壁.u 問題設計問題設計三、同時的相對性時間間隔的相對性 返回返回2.某人在這列火車上拍了兩下桌子，車上的人觀測的兩某人在這列火車上拍了兩下桌子，車上的人觀測的兩次拍桌子的時間間隔與地面上的人觀測的時間間隔相次拍桌子

13、的時間間隔與地面上的人觀測的時間間隔相同嗎？同嗎？答案答案不同不同.三、同時的相對性時間間隔的相對性 返回返回1.“同時同時”的相對性的相對性(1)經(jīng)典物理學認為：如果兩個事件在一個參考系中是同時經(jīng)典物理學認為：如果兩個事件在一個參考系中是同時發(fā)生的，那么在另一個參考系中觀察也發(fā)生的，那么在另一個參考系中觀察也 (填填“一定一定”或或“不一定不一定”)是同時發(fā)生的是同時發(fā)生的.(2)狹義相對論的時空觀認為：同時是狹義相對論的時空觀認為：同時是 的，即在一個慣的，即在一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中 (填填“一定一定”或或

14、“不一定不一定”)是同時發(fā)生的是同時發(fā)生的.u 要點提煉要點提煉一定一定相對相對不一定不一定三、同時的相對性時間間隔的相對性 返回返回2.時間間隔的相對性時間間隔的相對性(1)經(jīng)典的時空觀：某兩個事件，在不同的慣性系中觀察，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它們的時間間隔總是 的的.(2)狹義相對論認為狹義相對論認為“動鐘變慢動鐘變慢”：時間間隔的相對性公式：時間間隔的相對性公式 ，也就是說，在相對運動的參考系中觀測，事件，也就是說，在相對運動的參考系中觀測，事件變化過程的時間間隔變大了，這叫做狹義相對論中的時間膨變化過程的時間間隔變大了，這叫做狹義相對論中的時

15、間膨脹脹.相同相同四、長度的相對性相對論時空觀 返回返回如圖如圖3所示，假設桿所示，假設桿MN沿著車廂的運動方向固定在火車上，沿著車廂的運動方向固定在火車上，且與火車一起運動，火車上的人測量桿的長度與地面上的人且與火車一起運動，火車上的人測量桿的長度與地面上的人測得桿的長度相同嗎？測得桿的長度相同嗎？圖圖3答案答案不同不同.u 問題設計問題設計四、長度的相對性相對論時空觀 返回返回1.長度的相對性長度的相對性(尺縮效應尺縮效應)(1)經(jīng)典的時空觀：一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做經(jīng)典的時空觀：一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做 而不同而不同.(2)狹義相對論認為狹義相對論認為“動尺變短動

16、尺變短”：狹義相對論中的長度公式：狹義相對論中的長度公式：ll0 ，但垂直于桿的運動方向上，桿的長度，但垂直于桿的運動方向上，桿的長度 .u 要點提煉要點提煉相對運動相對運動不變不變四、長度的相對性相對論時空觀 返回返回2.經(jīng)典時空觀和狹義相對論時空觀經(jīng)典時空觀和狹義相對論時空觀(1)經(jīng)典時空觀：空間和時間脫離物質而存在，是絕對的，經(jīng)典時空觀：空間和時間脫離物質而存在，是絕對的，空間和時間空間和時間 ，即與物質的運動，即與物質的運動 .(2)狹義相對論時空觀：空間和時間與物質運動狀態(tài)狹義相對論時空觀：空間和時間與物質運動狀態(tài) .沒有聯(lián)系沒有聯(lián)系無關無關有關有關返回返回典例精析例例1 根據(jù)狹義相

17、對論原理，考慮以下根據(jù)狹義相對論原理，考慮以下幾個問題：幾個問題：(1)如圖如圖4所示，參考系所示，參考系O相對于參考相對于參考系系O靜止時，人看到的光速應是多少？靜止時，人看到的光速應是多少？(2)參考系參考系O相對于參考系相對于參考系O以速度以速度v向右運動時，人看到的向右運動時，人看到的光速應是多少？光速應是多少？(3)參考系參考系O相對于參考系相對于參考系O以速度以速度v向左運動時，人看到的向左運動時，人看到的光速又是多少？光速又是多少？一、對狹義相對論的理解一、對狹義相對論的理解 圖圖4返回返回典例精析解析解析光速不變原理指的是真空中的光速在不同的慣光速不變原理指的是真空中的光速在不

18、同的慣性參考系中都是相同的性參考系中都是相同的.故三種情況下人看到的光速故三種情況下人看到的光速都是都是c.答案答案 (1)c(2)c(3)c一、對狹義相對論的理解一、對狹義相對論的理解 返回返回典例精析例例2 如圖如圖5所示，沿平直鐵路線有間距相所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔等的三座鐵塔A、B和和C.假想有一列車沿假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔方向以接近光速行駛，當鐵塔B發(fā)出一個閃發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照兩鐵塔被照亮的順序是亮的順序是() A.同時被照亮同時被照亮 B.A先被照亮先被照亮C.C先被照亮先被照亮 D.無法判斷無

19、法判斷二、時間、時空的相對性二、時間、時空的相對性 圖圖5返回返回典例精析解析解析列車上的觀察者看到的是由列車上的觀察者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過發(fā)出后經(jīng)過A和和C反射的光，反射的光，由于列車在這段時間內向由于列車在這段時間內向C運動，靠近運動，靠近C而遠離而遠離A，所以，所以C的反的反射光先到達列車上的觀察者，看到射光先到達列車上的觀察者，看到C先被照亮，故只有先被照亮，故只有C正確正確.答案答案C二、時間、時空的相對性二、時間、時空的相對性 返回返回典例精析例例3 在一飛船上測得飛船的長度為在一飛船上測得飛船的長度為100 m，高度為，高度為10 m.當飛船當飛船以以0.60c的速度從你身邊經(jīng)

20、過時，按你的測量，飛船有多高、多長？的速度從你身邊經(jīng)過時，按你的測量，飛船有多高、多長？解析解析因為長度收縮只發(fā)生在運動的方向上，與運動垂直的方向因為長度收縮只發(fā)生在運動的方向上，與運動垂直的方向上沒有這種效應，故測得的飛船的高度仍為原來高度上沒有這種效應，故測得的飛船的高度仍為原來高度10 m.設飛船設飛船原長為原長為l0，觀測到飛船的長度為，觀測到飛船的長度為l，則根據(jù)，則根據(jù)“動棒縮短動棒縮短”有有所以觀測到飛船的高度和長度分別為所以觀測到飛船的高度和長度分別為10 m、80 m.答案答案觀測到飛船的高度和長度分別為觀測到飛船的高度和長度分別為10 m、80 m.二、時間、時空的相對性二

21、、時間、時空的相對性 返回返回課堂要點小結 相對相對論的論的誕生誕生經(jīng)典相對性原理經(jīng)典相對性原理狹義相對論的狹義相對論的兩個基本假設兩個基本假設愛因斯坦相對性原理愛因斯坦相對性原理光速不變原理光速不變原理時間和時間和空間的空間的相對性相對性同時的相對性同時的相對性長度的相對性長度的相對性ll0時間間隔的相對性時間間隔的相對性自我檢測區(qū)1231.(狹義相對論狹義相對論)關于狹義相對論，下列說法不正確的是關于狹義相對論，下列說法不正確的是()A.狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相 同的同的B.狹義相對論認為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等于狹義相對論認為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等于c， 與光源的運動無關與光源的運動無關C.狹義相對論只涉及無加速度運動的慣性系狹義相對論只涉及無加速度運動的慣性系D.狹義相對論任何情況下都適用狹義相對論任何情況下都適用解析解析由狹義相對論原理可知由狹義相對論原理可知D錯誤錯誤.123D2.(狹義相對論狹義相對論)如圖如圖6所示，強強乘坐速度為所示，強強乘坐速度為0.9c(c為光速為光速)的宇的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為宙飛船