1、第一部分 第十五章 相对论简介 第一节 相对论的诞生第二节 时间和空间的相对性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知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论3了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论时空观的建立对人类认识世界的影响学案一 经典相对性原理与狭义 相对论的两个基本假设学案二 时间和空间的相对性经典相对性原理与狭义 相对论的两个基本假设1经典的相对性原理(1)惯性系：_定律在其中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)
2、实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光相对于观察者的速度都是_(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_的惯性物理相同经典的相对性原理和狭义相对性原理的区别经典的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的、平权的因此，无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态对于经典相对性原理来说，参考系中的坐标单位与参考系的运动无关，参考系中的时间与参考系的运动无关其速度合成规律应满足vvu，v是某个惯性系相对另一个惯性系的速度u是物体相对于某个惯性
3、系的速度，那么，物体相对另一个惯性系的速度为vvu.以此类推，若u是光速c，则在某个惯性系的光速相对于另一个惯性系的速度为vvc，那么，光速可以变大或变小(在真空中)而狭义相对论指的是物理规律在所有惯性系中都是相同的，因此，各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系因此，狭义相对论原理所指范围更大，内容更丰富对于狭义相对论的相对性原理来说，力学规律对惯性系来说都是相同的，但是光速是不变的由于光速是不变的，造成了与经典理论一些不同的结论这些结论在低速世界里是不易搞清的，但从天体的物理现象中却得到了证实【训练】1在不同的惯性系中，属于狭义相对论基本假设的是()A真空中光速不变B时间间隔具有相对
4、性C物体的质量不变D物体的能量与质量成正比解析：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，由此可知选项A属于狭义相对论基本假设，故选项A正确，选项B、C、D错误答案：A2(多选)关于时间和空间，在学习狭义相对论后我们应认识到()A因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的B空间与时间之间是没有联系的C有物质才有空间和时间D在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关解析：经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联
5、系的在相对论力学中，时间和空间是和物质的运动相联系的只有在物质存在时才有空间和时间的概念，时间和空间是相互联系且是相对的答案：CD3(多选)根据你的理解，你认为下列哪些观点是正确的()A在经典力学中，物体的质量是不随物体运动状态而改变的B以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性，它只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界C相对论与量子力学的出现否定了经典力学理论D伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳演绎法”是经典力学方法的典型答案：ABD4(多选)关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是()A在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B在不同的惯性参
6、考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样C真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的D真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的答案：AC时间和空间的相对性1“同时”的相对性(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察也是_的(2)相对论的时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察_的同时不是同时2“长度”的相对性(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做_而不同(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度_在垂直于运动方向上，杆的长度_(3)相
7、对论中杆的长度公式：_，式中l0是静止时杆的长度，l是以速度v沿杆的长度方向运动的杆的长度相对运动小没有变化ll01vc23时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是_的(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是_，惯性系的速度越大，惯性系中的物理过程进行得_非但如此，惯性系中的一切物理过程都_了(3)相对时间间隔公式：_，式中表示与“时钟”相对静止的观察者测得的时间间隔，t表示在以速度v高速运动的参考系中观察同样两件事的时间间隔相同不同的越慢变慢t1vc24时空相对性的验证根据相对论，时间在运动中会进行得比较缓慢
8、，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得_早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中子的数量，结果与相对论预言完全一致慢5相对论的时空观经 典 物 理学 的 绝 对时 空 观：物 理 学 的空 间 与 时间 是_、_、没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关而相对论认为：有物质才有空间和时间，空间和时间与_有关绝对的分离的物体的运动状态狭义相对论几个主要结论的理解1几个主要结论相对事件发生地或物体静止的参考系中观察相对事件发生地或物体运动的参考系中观察“同时”的相对性事件同时但不同地点发生事件不同时发生相
9、对事件发生地或物体静止的参考系中观察相对事件发生地或物体运动的参考系中观察时间间隔的相对性两个事件发生的时间间隔为 两事件发生的时间间隔变大，t1vc2长度的相对性杆的长度为 l0若参考系沿杆的方向运动，观察到的杆的长度减小，ll 0 1vc22几个结论的理解要点(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【训练】1(多选)小球A、B同时从离地面某高度处自由下落，在绝对时空观中，下列说
10、法正确的是()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，参考系都是惯性系答案：AC2A、B两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且vAvB，在飞机上的人观察结果正确的是()AA飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大BA飞机上的人观察到足球场的宽度比B飞机上的人观察到的小C两飞机上的人观察到足球场的长度相同D两飞机上的人观察到足球场的宽度相同答案：D解析：因为当一个惯性系的速度比较大时，根据 ll01vc2知，
11、足球场的长度沿飞行方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故选项 A、C 错误；而垂直于运动方向上，宽度是不随速度而变化的，因此选项 B 错误，选项 D 正确3长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了一艘宇宙飞船的船身长度为L090m，相对地面以u0.8c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？答案：(1)2.25107 s(2)3.75107 s解析：(1)观测站测得船身的长度为LL01u2/c290 10.82 m54 m通过观测站的时间间隔为Lu 540.8c2.25107 s
12、.(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为L0u 900.8c3.75107s.4飞船A以0.8c的速度相对地球向正东方飞行，某时刻飞船A在自己的天空处相隔2 s发射两颗信号弹，则地球上观测者测得两颗信号弹相隔的时间间隔为多少？(c为真空中的光速，结果取两位有效数字)解析：由题意知 2 s，v0.8c，由时间间隔的相对性公式 t1vc2知，地球上观测者测得信号弹的时间间隔为 t1vc2210.8cc2103 s3.3 s.答案：3.3 s5列车以速度v匀速运动，车厢里的人量得车厢高为d，一相对于车厢静止的尺子的长度为L0.请思考：(1)地面上的人量得的车厢高度为多少？(2)地面上的人测得的尺子的长度为多少？解析：(1)由于在竖直方向上车厢没有运动，所以地面上的人量得车厢高度仍为 d.(2)由长度的相对性原理知 LL 01v2c2.答案：(1)d(2)L 01v2c2谢谢观看！
