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,第六章相对论,1,牛顿力学中运动相对性,2,狭义相对论两个基本假设,3,时间、长度相对性,1/29,学习,目标,1.,了解牛顿力学中运动相对性,.,2.,了解伽利略相对性原理及其速度变换公式,.,3.,了解狭义相对论两个基本假设,.,4.,了解狭义相对论几个主要结论,.,5.,了解经典时空观与相对论时空观主要区分,.,2/29,内容索引,重点探究,启迪思维 探究重点,达标检测,检测评价 达标过关,自主预习,预习新知 扎实基础,3/29,自主预习,4/29,一、牛顿力学中运动相对性,1.,伽利略相对性原理：在任何惯性参考系中，,规律都是一样,.,2.,经典时空观,经典时空观认为时间和空间是脱离物质而存在，是绝正确，时间和空间是相互独立、互不相关,.,3.,伽利略速度变换公式,若车厢相对地面以,u,向前行驶，车厢内人相对车厢以速率,v,向前跑，则人对地面速率为,v,；若人向车后跑，相对地面速率为,v,_,.,力学,u,v,u,v,5/29,二、狭义相对论两个基本假设,1.,爱因斯坦相对性原理,对不一样惯性系，,(,包含,和,),都是一样,.,2.,光速不变原理,光在真空中运动速度在任何惯性参考系中测得数值都是,.,物理规律,力学,电磁,相同,6/29,三、时间、长度相对性,1.,同时相对性,在同一个惯性系中不一样地点同时发生两个事件，在另一个惯性系中观察时：,(1),经典时空观认为,(,填,“,一定,”,或,“,不一定,”,),是同时发生,.,(2),狭义相对论时空观认为,(,填,“,一定,”,或,“,不一定,”,),是同时发生,.,一定,不一定,7/29,2.,时间间隔相对性,(1),经典时空观：某两个事件，在不一样惯性系中观察，它们时间间隔总是,.,(2),狭义相对论认为,“,动钟变慢,”,：时间间隔相对性公式,_,，,也就是说，在相对运动参考系中观察，事件改变过程时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中时间膨胀,.,相同,8/29,3.,长度相对性,(,动棒缩短效应,),(1),经典时空观：一条杆长度不会因为观察者是否与杆做,而不一样,.,(2),狭义相对论认为,“,动棒缩短,”,：狭义相对论中长度公式：,l,_,，但垂直于杆运动方向上，杆长度,.,4.,相对论时空观,时间和空间量度与物体运动,关，是,.,相对运动,不变,相对,有,9/29,即学即用,判断以下说法正误,.,(1),一根杆长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不一样，这是经典物理学观点,.(,),(2),一根杆长度静止时为,l,0,，不论杆怎样运动，杆长度均小于,l,0,.(,),(3),“,动钟变慢,”,是时钟精度因运动而发生了改变,.(,),(4),高速运动飞船中宇航员发觉地面时钟变慢了,.(,),答案,10/29,重点探究,11/29,一、伽利略相对性原理与狭义相对论,导学探究,(1),如图,1,所表示，小球相对于参考系,O,以速度,v,0,向右抛出，人相对于参考系,O,静止，当参考系,O,相对于参考系,O,静止、以速度,v,向右运动和以速度,v,向左运动时，人观察到小球速度分别为多大？,答案,分别为,v,0,、,v,0,v,、,v,0,v,答案,图,1,12/29,(2),如图,2,所表示，光源相对于参考系,O,静止，人相对于参考系,O,静止，当参考系,O,相对于参考系,O,静止、以速度,v,向右运动和以速度,v,向左运动时，人观察到光源发出光传输速度分别为多大？,答案,人观察到光速都是,c,答案,图,2,13/29,知识深化,1.,惯性系与非惯性系确实定：我们通常选取大地为惯性系，相对于地面静止或做匀速运动物体都是惯性系，相对于地面做变速运动物体都是非惯性系,.,2.,光传输速度与惯性系选取无关,.,在任何情况下，真空中光速都是,c,.,14/29,解析,依据狭义相对论基本假设可知，选项,A,、,B,正确；,狭义相对论只包括惯性参考系，不包括非惯性参考系，选项,D,错误，,C,正确,.,例,1,关于狭义相对论，以下说法不正确是,A.,狭义相对论认为在不一样惯性参考系中，一切物理规律都是相同,B.,狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中速度都等于,c,，与光源,运动无关,C.,狭义相对论只包括无加速运动惯性系,D.,狭义相对论在任何情况下都适用,答案,解析,15/29,解析,依据爱因斯坦狭义相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系相对运动而改变，所以壮壮观察到该光束传输速度为,c,，所以,A,、,B,、,C,错误,.,例,2,如图,3,所表示，强强乘坐速度为,0.9,c,(,c,为光速,),宇宙飞船追赶正前方壮壮，壮壮飞行速度为,0.5,c,，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观察到该光束传输速度为,A.0.4,c,B.0.5,c,C.0.9,c,D.,c,答案,解析,图,3,16/29,总结提升,1.,各物理量有可能因为所选择参考系不一样而不一样，不过它们遵照物理规律是相同,.,2.,光速不变原理强调真空中光速恒定不变，与光源、观察者间相对运动没相关系,.,17/29,二、时间和长度相对性,导学探究,如图,4,所表示，一列车以速度,v,经过站台，站台中部观察者,C,看到列车车头恰好抵达站台最右端,A,人时，车尾恰好抵达站台最左端,B,人,.,答案,不是同时举旗，他看到,A,人先举旗,答案,图,4,(1),若此时站台上观察者,C,看到,A,、,B,两人同时面向列车举起手中小红旗，那么站在列车中点观察者,C,看到,A,、,B,两人是同时举旗吗？假如不是同时举旗，他会看到哪个人先举旗？,18/29,(2),站台上观察者,C,看到列车长度刚好和站台长度相同，列车上观察者,C,认为列车长度和站台长度相同吗？假如不相同，他认为列车长还是站台长？,答案,列车长度和站台长度不相同，他认为列车长,(3),假定列车上观察者,C,举起小红旗向站台上,A,、,B,两人挥舞致意，他认为自己从举起小红旗到放下小红旗时间为,t,，站台上观察者,C,观察到他举旗时间也为,t,吗？假如不是,t,，他认为这个时间比,t,长还是短？,答案,不是,t,，他认为这个时间比,t,长,答案,19/29,例,3,假设地面上长,100 km,直铁路上空有一火箭沿铁路方向以,30 km/s,速度擦过，则火箭上人看到铁路长度应该为多少？假如火箭速度到达,0.6,c,，则火箭上人看到铁路长度又是多少？,答案,解析,答案,100 km,80 km,20/29,总结提升,应用相对论效应解题普通步骤,1.,应该经过审题确定研究对象及研究对象运动速度,.,2.,明确求解问题，即明确求解静止参考系中观察结果，还是运动参考系中观察结果,.,3.,应用,“,尺缩效应公式,”,或,“,时间延缓效应公式,”,进行计算,.,21/29,答案,4.3,10,8,s,例,4,介子是一个不稳定粒子，平均寿命是,2.6,10,8,s.(,在它自己参考系中测得,),(1),假如此粒子相对于试验室以,0.8,c,速度运动，那么在试验室坐标系中测量,介子寿命多长？,答案,解析,解析,介子在试验室中寿命为,22/29,解析,该粒子在衰变前运动距离为,x,u,t,0.8,3,10,8,4.3,10,8,m,10.32 m.,(2),在,(1),中试验室坐标系里测量,介子在衰变前运动了多长距离？,答案,解析,答案,10.32 m,23/29,达标检测,24/29,解析,在全部惯性系中，一切力学规律都是等价，故,D,正确，,C,错误；,经典物理规律是狭义相对论在低速状态下一个近似，所以经典物理规律只适合用于低速运动物体，而经典物理中速度合成公式也只适合用于低速情况，故,A,、,B,错误,.,1,2,3,4,1.,(,伽利略相对性原理,),以下说法中正确是,A.,经典物理中速度合成公式在任何情况下都是适用,B.,经典物理规律也适合用于高速运动物体,C.,力学规律在一个静止参考系和一个匀速运动参考系中是不等价,D.,力学规律在任何惯性系里都是等价,答案,解析,25/29,1,2,3,4,解析,依据狭义相对论基本假设,光速不变原理可知：真空中光速相对于火箭速度为,c,，相对于地面速度也为,c,，即对不一样惯性参考系光速是相同，所以,C,、,D,正确，,A,、,B,错误,.,2.,(,狭义相对论,),(,多项选择,),下面说法正确是,A.,在以,竖直方向升空火箭上向前发出光，对地速度一定比,c,大,B.,在以,竖直方向升空火箭上向后发出光，对地速度一定比,c,小,C.,在以,竖直方向升空火箭上沿水平方向发出光对地速度为,c,D.,在以,竖直方向升空火箭上向任一方向发出光对地速度都为,c,答案,解析,26/29,解析,从相对,S,系沿,x,轴方向以靠近光速匀速飞行飞行器上观察,S,中正方形，依据相对论效应可知，沿,x,轴方向正方形边长缩短，而沿,y,轴方向正方形边长没有改变，则其形状变成长方形，故,C,正确，,A,、,B,、,D,错误,.,1,2,3,4,3.,(,空间相对性,),惯性系,S,中有一边长为,l,正方形,(,如图,5,所表示,).,从相对,S,系沿,x,轴方向以靠近光速匀速飞行飞行器上测得此正方形图形是,答案,解析,图,5,27/29,1,2,3,4,4.,(,时间相对性,),如图,6,所表示，,A,、,B,、,C,是三个完全相同时钟，,A,放在地面上，,B,、,C,分别放在以速度,v,B,和,v,C,朝同一方向飞行两枚火箭上，且,v,B,v,C,.,地面上观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？,答案,解析,答案,火箭,C,上时钟走得最慢，地面上时钟走得最快,图,6,28/29,1,2,3,4,29/29,
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