2017-2018学年高中物理 第十五章 相对论简介 第1节 相对论的诞生 第2节 时间和空间的相对性 新人教版选修3-4.ppt

第 1、2 节 新知预习· 巧设计 名师课堂· 一点通 创新演练· 大冲关 随堂检测 课下作业 综合提升 要点一 要点二 1．知道经典的相对性原理，知道狭义相 对论的实验基础和它的两个基本假设 2．知道狭义相对论的几个主要结论 3．了解经典时空观与相对论时空观的主 要区别，体会相对论的建立对人类认 识世界的影响 1．相对论的诞生 (1)经典的相对性原理： ①惯性系： 定律能够成立的参考系相对一 个惯性系做 运动的另一个参考系也是惯性系 ②伽利略相对性原理： 规律在任何 系中都是 相同的 牛顿运动 匀速直线 力学惯性 (2)狭义相对论的两个基本假设： ①实验基础：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 狭义相对 性原理 在不同的 参考系中，一切 规律都是相 同的 光速不 变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是 的 惯性物理 相同 同时 相对 相对运动 小垂直 相同 速度 慢 (4)相对论时空观： ①经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是 的，空间和时间之间也是 联系的。

②相对论时空观：空间和时间与物质的 有关 绝对没有 运动状态 1．小球A、B同时从离地面某高度自由下落，在绝对时空观 中，下列说法中正确的有 ( ) A．以地面为参考系，小球A、B都是做自由落体运动， 所以地面为惯性系 B．以小球A为参考系，小球B相对静止，所以此时小球 A为惯性系 C．以小球B为参考系，小球A相对静止，所以此时小球 B为非惯性系 D.不管以谁为参考系，参考系都是惯性系 解析：以地面为参考系，小球A、B仅受重力作用，做自 由落体运动，符合牛顿运动定律，所以地面为惯性系，A 对；以任一小球为参考系，小球A、B也仅受重力作用， 但物体却相对静止，不符合牛顿运动定律，故此时小球 为非惯性系，B、D错，C对 答案：AC 2．设某人在速度为0.5c的飞船上，打开一个光源，则下列说 法正确的是 ( ) A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C．在垂直飞船前进方向的地面上的观察者看到这一光速 是c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 解析：根据光速不变原理可知C、D正确 答案：CD 3．下列关于经典力学的时空观，正确的是 ( ) A．在经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个 参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件， 对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的 B．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任 何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参 考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关 C．在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如 果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空 间两点距离是绝对的、不变的量值，而与参考系选 取无关 D．经典力学的时空观就是一个相对的时空观，时间和 空间均与物体的运动有关 解析：经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物 体的运动状态无关。

同时也是绝对的，即在一个参考系中 同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生 的，故A、B、C均正确错误，D错误 答案：ABC 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系 做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系 牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性参 考系都是平权的 3．相对性原理与电磁规律 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，但是按照伽利略的相对性原理， 在不同惯性系中的光速应是各不相同的迈克耳孙—莫 雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光 速都是相同的 4．迈克耳孙—莫雷实验 (1)实验背景： 根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的 速度，并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是c”， 这本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于某个 具体事物的结论于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁理论 相对哪个参考系成立？如果它相对参考系S是正确的，另外还 有一个参考系S′，S′相对于S以速度v运动，那么光相对于S′的 速度应该是(c－v)而不是c，好像电磁规律不是对任何惯性系 都一样。

(2)实验结论： 不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是 一样的 [名师点睛] 狭义相对论认为：光速c是宇宙中的最 大速度，实际物体无论怎样加速，其速度只能接近而不 能超越光速c 1．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系 中 ( ) A．真空中光速不变 B．时间间隔具有相对性 C．物体的质量不变 D．物体的能量与质量成正比 [思路点拨] 解答本题的关键是牢记狭义相对论基本 假设，要与时间间隔的相对性、相对论质量等区分开来 [解析] 狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性 参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速 在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由 此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错 误 [答案] A 3．理解要点 (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。

[名师点睛] 以上结论是狭义相对论的必然结论，而狭义 相对论的正确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必 然发生的现象，是客观存在的事实，绝不是人们的主观臆造， 人们之所以平常观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运 动的世界里 2．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关， 物体在运动方向上长度缩短了一艘宇宙飞船的船身长度 为L0＝90 m，相对地面以v＝0.8c的速度在一观测站的上空 飞过 (1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多 少？ (2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？ [思路点拨] 在接近光速的相对运动中，长度的缩短 效应不能被忽略。