高二物理人教版选修3-4课件：15.1-15.2 相对论的诞生 时间和空间的相对性优质课件PPT
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高中物理 15-1、2 相对论的诞生 时间和空间的相对性课件 新人教版选修3-4
第十五章
第1、
金版教程 · 人教版物 理 · 选修3-4
则它们的关系是：Δt＝
Δτ v2 1－ c ____________。
4．相对论时空观
绝对 的， (1)经典时空观： 空间和时间是脱离物质存在的， 是_____
没有 联系的。 空间和时间之间也是_____
运动状态 有关。 (2)相对论时空观：空间和时间与物质的__________
3．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观
相同 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
不同 的。 观察， 它们的时间间隔是_______ 设 Δτ 表示相对事件发生地
静止的惯性系中观测的时间间隔， Δt 表示相对事件发生地以 v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，
第十五章
第1、
金版教程 · 人教版物 理 · 选修3-4
①表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 ②表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不 能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。 ③表述三：任何惯性参考系都是平权的。 2．相对性原理与电磁规律
第十五章
第1、
金版教程 · 人教版物 理 · 选修3-4
匀速直线运动 的另一个参考系，也是惯性系。 性系做_______________ 惯性系 中都是相同 (2)伽利略相对性原理：力学规律在任何_______
的。 2．狭义相对论的两个基本假设
第十五章
第1、
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(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规
相同 的。 律都是_____
15.2 时间和空间的相对性 课件(人教版选修3-4)
一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的 长度小
时间间隔的相对性
由光速不变原理便得 到不同的时间间隔 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
时间间隔的相对性
ct
2 h
vt
2
对于车厢内的人： t 2h c
L=C·t2+v·t2 ③
v·t2
假设：地面观察者看到M发出的光束经N反射后M接受
的时间为t，则有： t=t1+t2
④
联立①②③④可得： l l0
1
v
2
c
结论：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总
比杆静止时的长度小;在垂直运动方向上，杆的长
度没有变化
即：动尺缩短，这是“同时”的相对性带来的一个普遍的 时空属性，他与物体的具体组成和结构无关，当物体运动 速度越接近光速，这种收缩效上的观察
M
N者认为尺子是静止的：
2L0=c·t0
①
L
M
地面观察者看到光束到N时，所用时间
t1 ，在t1内，尺子向前运动了V·t1 ，L为
N 地面观察者看到尺子长度:
M
V·t1+L=c·t1
②
N
光束经N反射后到达M所用时间t2，在
v·t1
t2时间内尺子的M端向前运动了Vt2
t0 1 v 2
c
三、时间间隔的相对性
（1）经典物理学认为，某两个事件，在不同的惯性参考 系中观察，他们的时间间隔总是相同的
（2）运动的人认为两个事件的时间间隔为，地面观察 者测得的时间间隔为△t，则两者关系为：
2020-2021学年高中物理人教版选修3-4：15.1-2 相对论的诞生 时间和空间的相对性
4．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设 (1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．
【例 1】 关于狭义相对论，下列说法不正确的是( ) A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都 是相同的 B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等 于 c，与光源的运动无关 C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系 D．狭义相对论任何情况下都适用
要点一 经典的相对性原理与狭义相对论 1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系为惯 性系，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． 3．相对性原理与电磁规律 (1)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． (2)迈克耳孙——莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相 对运动，光速都是相同的．
地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而 Δt
是相对于事件发生地以速度 v 高速运动的观察者测量同一地点的同
样两个事件发生的时间间隔．
3．经典时空观和狭义相对论时空观：
(1)经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间
和时间没有联系，即与物质的运动无关．
(2)狭义相对论时空观：空间和时间与物质运动状态有关．
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提醒：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．
高二物理选修3-4课件15-1、2 相对论的诞生和时间和空间的相对性
答案：BD
解析：物品投放后，仅受重力作用，飞行员看物品是初 速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯 性参考系，B对；而地面上的人员看物品做初速度不为零的 抛体运动，也符合牛顿运动定律 ，D也对。
二、怎样理解“动尺变短”和“动钟变慢” 1．怎样理解“动尺变短”：狭义相对论中的长度公 式：l＝l0
l0
v 1－ c 2
。
3．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 相同的 。 (2)相对论的时间观：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 不同 的。
设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间 间隔，Δt表示相对事件发生地以v高速运动的参考系中观察 Δτ v2 1－ c 同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt＝ 。
点的两个事件发生的时间间隔，而Δt是相对于事件发生地以 速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时 间间隔。也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化 过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀。
知识自主梳理
知识点1
经典的相对性原理
1.惯性系：如果 牛顿运动 定律在某个参考系中成立， 这个参考系就叫惯性系。 2．经典相对性原理 表述一：力学规律在任何 惯性系 中都是相同的。 表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都
不能 判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线
运动。 表述三：任何惯性系都是 平权 的。
●学法指导 学习本章前应先复习、了解在前面学习过的有关经典力 学的局限性内容，在学习中要注意相对论时空观的学习。本 章的学习应采用独立思考和交流讨论相结合方法。在学习本 章的过程中，还应注意相对论的全面阐述，这要用到较多的 高等数学知识，在这里做到了解即可，不必探究。
高中物理 15.115.2 相对论的诞生 时间和空间的相对性课件 新人教版选修34
第十三页，共25页。
典例精析 一、狭义(xiáyì)相对论
D.在以 1 c竖直方向升空(shēnɡ kōnɡ)的火箭上向任一方 1 000
向发出的光对地速度都为c
解析 根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：
真空中的光速相对于火箭的速度为c，相对于地面的速度
也为c，即对不同的惯性参考系光速是相同的，因此C、D
典例精析 二、时间(shíjiān)和空间的
相对性
例3 π＋介子(jièzǐ)是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s (在自己的参考系中测得) (1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐 标系中测量的π＋介子(jièzǐ)寿命多长？ (2)π＋介子(jièzǐ)在衰变前运动了多长距离？
问题(wèntí)设计
1.如图1所示，假设杆MN沿着车厢的运动方向固定在火车 (huǒchē)上，且与火车(huǒchē)一起运动，火车(huǒchē)上的 人测得杆的长度与地面上的人测得杆的长度相同吗？
答案 不同.
图1
第七页，共25页。
二、时间(shíjiān)和空间的相对性
2.某人在这列火车上拍了两下桌子，火车上的人观测(guāncè) 的两次拍桌子的时间间隔与地面上的人观测(guāncè)的时间 间隔相同吗？
第二页，共25页。
一、相对论的诞生(dànshēng)
问题(wèntí)设 计
在一艘大船密闭的船舱里，你能否通过观察自由释放的小球的 运动判断大船是静止还是在匀速行驶？ 答案 不能.因为不论大船是静止，还是匀速行驶，观察到小 球的运动都是相同(xiānɡ tónɡ)的，而且都要落在释放点的正下 方.
123
解析 由l＝l0
1－vc 2
典例精析 一、狭义(xiáyì)相对论
D.在以 1 c竖直方向升空(shēnɡ kōnɡ)的火箭上向任一方 1 000
向发出的光对地速度都为c
解析 根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：
真空中的光速相对于火箭的速度为c，相对于地面的速度
也为c，即对不同的惯性参考系光速是相同的，因此C、D
典例精析 二、时间(shíjiān)和空间的
相对性
例3 π＋介子(jièzǐ)是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s (在自己的参考系中测得) (1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐 标系中测量的π＋介子(jièzǐ)寿命多长？ (2)π＋介子(jièzǐ)在衰变前运动了多长距离？
问题(wèntí)设计
1.如图1所示，假设杆MN沿着车厢的运动方向固定在火车 (huǒchē)上，且与火车(huǒchē)一起运动，火车(huǒchē)上的 人测得杆的长度与地面上的人测得杆的长度相同吗？
答案 不同.
图1
第七页，共25页。
二、时间(shíjiān)和空间的相对性
2.某人在这列火车上拍了两下桌子，火车上的人观测(guāncè) 的两次拍桌子的时间间隔与地面上的人观测(guāncè)的时间 间隔相同吗？
第二页，共25页。
一、相对论的诞生(dànshēng)
问题(wèntí)设 计
在一艘大船密闭的船舱里，你能否通过观察自由释放的小球的 运动判断大船是静止还是在匀速行驶？ 答案 不能.因为不论大船是静止，还是匀速行驶，观察到小 球的运动都是相同(xiānɡ tónɡ)的，而且都要落在释放点的正下 方.
123
解析 由l＝l0
1－vc 2
物理：15.2《时间和空间的相对性》PPT课件(新人教版 选修3-4)
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相对论的时空观
牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间 牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间 物理学的绝对时空观 与时间是绝对分离没有联系的 是绝对分离没有联系 与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而 单独存在，与物质的运动无关。 单独存在，与物质的运动无关。 而相对论认为：有物质才有时间和空间， 而相对论认为：有物质才有时间和空间， 空间和时间与物体的运动状态有关。 空间和时间与物体的运动状态有关。 人类对于空间、 人类对于空间、时间更进一步的认识而形 成的新的时空观， 成的新的时空观，是建立在新的实验事实和 相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上， 相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上， 不断发展、不断完善起来的。 不断发展、不断完善起来的。
Copyright 2004-2009 版权所有 盗版必究
问题的关键是， 问题的关键是 ， 时间延缓效应是狭义相对论的结果 它要求飞船和地球同为惯性系。 ， 它要求飞船和地球同为惯性系 。 要想保持飞船和地 球同为惯性系， 哥哥和弟弟就只能永别， 球同为惯性系 ， 哥哥和弟弟就只能永别 ， 不可能面对 面地比较谁年轻。 这就是通常所说的孪生子佯谬 面地比较谁年轻 。 这就是通常所说的 孪生子佯谬 （ twin paradox）。 ） 如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度， 如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度 ， 飞船 就不是惯性系了。 就不是惯性系了 。 这一问题的严格求解要用到广义相 对论， 计算结果是， 兄弟相见时哥哥比弟弟年轻。 这 对论 ， 计算结果是 ， 兄弟相见时哥哥比弟弟年轻 。 孪生子效应。 种现象，被称为孪生子效应 种现象，被称为孪生子效应。 1971年， 美国空军用两组 （ 铯 ） 原子钟做实验 。 年 美国空军用两组Cs（ 原子钟做实验。 发现绕地球一周的运动钟变慢了203±10ns，而按广义 发现绕地球一周的运动钟变慢了 ± ， 相对论预言运动钟变慢184 ± 23 ns，在误差范围内理 相对论预言运动钟变慢 ， 论值和实验值一致，验证了孪生子效应。 论值和实验值一致，验证了孪生子效应。
高二物理人教版选修3-4课件：15.1 相对论的诞生 时间和空间的相对性(1)
4
2.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切 物理 规 律都是相同的. (2)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.
相同
第1讲 相对论的诞生
时间和空间的相对性
5
二、时间和空间的相对性 1.“同时”的相对性 在另一个参考系中一定也是 的. 的，即在同一个参
光速又是多少？
第1讲 相对论的诞生
时间和空间的相对性
15
解析
根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c，
第二种情况应是c－v，第三种情况应是c＋v，而根据狭义相
对论理论，光速是不变的，都应是c.
答案 (1)c (2)c (3)c
第1讲 相对论的诞生
时间和空间的相对性
16
二、时间和空间的相对性
相对事件发生地或 相对事件发生地
物体静止的参考系 或物体运动的参
中观察 同时的相 事件同时但不同地 考系中观察 事件不同时发生
对性
点发生
两事件发生的时 Δτ
时间间隔 两个事件发生的时
第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性 的相对性 间间隔为 Δτ
v2 1－cΔ t 间间隔变大，
＝
17
若参考系沿杆长度的方
3 对点练习
巩固·应用·反馈
预习导学 记·点拨
梳理·识
一、相对论的诞生
1.经典的相对性原理 (1)惯性系： 做 牛顿运动 运动的另一个参考系也是惯性系. 规律在任何 定律能够成立的参考系.相对一个惯性系 系中都是相同的. 惯性
(2)匀速直线 伽利略相对性原理：
力学
第1讲 相对论的诞生
时间和空间的相对性
第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性
优化方案物理：15.2 时间和空间的相对性 课件(人教版选修3-4)
重点难点： 1.“同时”的相对性和时空相对性的验证． 2．长度的相对性和时间间隔的相对性．
课 前自主学案
一、经典的相对性原理 惯性参考系是指可以使_牛__顿__运__动__定__律__成立的参考 系． 1．力学规律在任何惯性系中都是_相__同__的,这就是 伽利略相对性原理,又叫经典的相对性原理.
2.在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能 判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做_匀__速__ _直__线__运__动__.或者说,任何惯性参考系都是_平__权__的. 二、狭义相对论的两个基本假设 1.狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物 理规律都是__相__同___的. 2.光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考 系中都是_相__同___的.
优化方案物理：15.2 时间和空间的 相对性 课件（人教版选修3-4）
第一节 相对论的诞生 第二节 时间和空间的相对性
课标定位
第
二
节
课前自主学案
时
间
和
核心要点突破
空
间
的
相
课堂互动讲练
对
性
知能优化训练
课标定位 学习目标：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．
2．对时间、空间与物质的联系性认识不同 (1)经典时空观认为时间均匀流逝，与物质无关； 空间是物质运动的场所，空间本身不受物质运动 状态的影响；同时空间与时间也是没有联系的． 总之一句话，时间、空间都是绝对的，不同参考 系中观察同一物理过程时间是相同的，观察同一 物体长度是相同的．
(2)相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运 动状态有关，运动物体的长度也跟物体的运动状 态有关．换句话说，不同参考系中观察同一物理 过程时间可能不同，观察同一物体长度可能不同 ．空间和时间与物质的运动状态有关．同时，时 间和空间也是有联系的.