高中物理 第15章 相对论简介 1-2 相对论的诞生 时间和空间的相对性 新人教版选修3-4A
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434物理
的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D正确。
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探究二 动尺变短和动钟变慢
• 世界上各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物 钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟 都一样变慢。这种说法对吗？
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• 1．对惯性系和非惯性系的认识 • (1)惯性系
• 牛顿运动定律能够成立的参考系称为惯性参考系。相对于这个参 考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性参考系。
• (2)非惯性系
• 牛顿定律不能成立的参考系称为非惯性参考系。例如：我们坐在 加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速 运动，根据牛顿第二定律，房屋和树木应该受到不为零的合力作 用，但事实上没有，也就是牛顿定律不成立，这里的加速车厢就 是非惯性参考系。
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，不必深入探究 。
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第一节 相对论的诞生 第二节 时间和空间的相对性
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• 提示：对
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1．“动尺变短” 狭义相对论中的长度公式：l＝l0 1－vc2中，l0 是相对于杆静止的观察者测 出的杆的长度，而 l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度 v 运动时，静止的观 察者测量的长度。还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度 v 运动 时测出的杆的长度。
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• 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
最新高中物理 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课堂达标(考试必备)
第十五章第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性1．(吉林省扶余市第一中学2017～2018学年高二下学期期中)如果有一列火车，以很高的速度运动，车窗沿运动方向为长，垂直运动方向为宽，根据相对论的知识，地面上的人发现( B ) A．火车窗口比静止时要长B．火车窗口比静止时要短C．火车窗口比静止时要宽D．火车窗口比静止时要窄解析：由于尺缩效应，在运动的方向上，长度要缩短，所以车窗的长度比静止时更短，但是在与运动方向垂直的宽不会变化，所以B正确。
2．(河北省衡水中学2017年高二下学期期中)在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的观察者和火箭中的工作人员观察到的现象，下列说法正确的是( A )A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了B．地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变慢了C．火箭中的工作人员观察到火箭的长度不变而时间进程却变化了D．地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变快了解析：根据狭义相对论的“尺缩效应”和“钟慢效应”可判选项A正确。
3．(江苏省扬州市2017～2018学年高三上学期期末)下列说法正确的是( C )A．电磁波不能产生衍射现象B．电磁波和机械波都只能在介质中传播C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同解析：干涉和衍射是波特有的性质，电磁波也可以发生衍射现象，故A错误；电磁波可以在真空中传播，故B错误；由于波源与接受者的相对位移的改变，而导致接受频率的变化，称为多普勒效应，所以可以判断遥远天体相对于地球的运动速度，故C正确；根据光速不变原理，知在不同惯性系中，光在真空中传播速度大小相等，故D错误。
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高中物理 第十五章 相对论简介 1 相对论的诞生 2 时间和空间的相对性目标导引素材 新人教版选修34
1 相对论的诞生2 时间和空间的相对性一览众山小诱学·导入材料：1.在100 m赛跑中，如果赛场测得某运动员跑完100 m的时间为11 s，那么在其他参赛者看来也是11 s.在飞速行驶的火车上，释放一个小球，在火车上的人观察到小球做自由落体运动，在地面上的人观察到小球做平抛运动.电磁波在真空中传播的速度是3.0×108 m/s.2.在高速运行的火车上对地面上长度的测量和时间的计算与地面上的不一样，长度会变短，时间会变长.3.“双生子佯谬”讲的是这样一件事：假设在地球上有一对孪生兄弟，哥哥乘宇宙飞船遨游太空，弟弟留在地球上.根据相对论中“时钟变慢效应”，有人认为，当哥哥返回地球时，应比弟弟年轻.还有人认为，哥哥与宇宙飞船相对静止，弟弟随地球一起遨游太空，同样根据“时钟变慢效应”，弟弟应比哥哥年轻.问题：电磁波的速度与观察者有无关系？什么是“时钟变慢效应”？导入:本节从我们最常见的事件入手说明有关经典的相对性原理.并从相对性原理与电磁规律的矛盾的角度提出相对论的两个基本假设.从“同时”的相对性、长度的相对性入手，并深入研究时间间隔的相对性，并建立相对论时空观.材料：从钟表的滴答声到太阳的东升西落，我们时刻都与时间和空间打交道.在日常生活和生产中，用时钟测量时间，用米尺测量长度，也是司空见惯的事情.我们知道，力学的研究对象是物体的机械运动，要定量地研究这种运动，必须选定适当的参考系.力学的概念及其规律对一定的参考系才有意义.我们也知道，无论是运动的描述，还是运动规律的说明，都跟长度和时间的测量有关.问题：你想过没有，到底什么是时间和空间？相对于不同的参考系，长度和时间的测量结果是一样的吗？导入:对上述问题的讨论，物理学家进行了长期的探索.于是，物理学经历了一场关于时空观的根本性变革，从牛顿时代的经典力学跨越到爱因斯坦的相对论.温故·知新1.试说明什么是惯性系？答：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系.2.电磁波在真空中传播的速度是多少？答：3.0×108 m/s.3.试说明经典力学的适用范围.答：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.。
高中物理第十五章相对论简介1相对论的诞生2时间和空间的相对性课前预习素材新人教版选修3-4
1 相对论诞生2 时间和空间相对性课前预习情景素材1.19世纪末期，经典物理学形成了完整科学体系，自然界各种物理现象几乎无一不能用它们来解释。
1900年著名物理学家汤姆孙充满自信地宣称：科学大厦已经根本完成，未来物理学只要做一些修修补补工作就可以了。
不过他也成认，“明朗天空中还有两朵小小，令人不安乌云〞。
那么这两朵乌云分别是什么？它们又引发了什么新理论？简答：分别是黑体辐射和光速度。
对它们研究分别摧生了量子理论和相对论。
2.什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面答复。
但是从它对问题处理上，我们体会到，经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在，是绝对，空间与时间之间也是没有联系。
那么，相对论时空观是否也是这样认为呢？简答：相对论时空观认为空间和时间与物质运动状态有关。
知识预览一、相对论诞生1.伽利略相对性原理是：___________________。
答案：力学规律在任何惯性系中都是一样2.狭义相对论两个根本假设分别是___________；________________。
答案：狭义相对性原理光速不变原理3.狭义相对性原理是指：___________________。
答案：在不同惯性参考系中，一切物理定律都是一样4.光速不变原理内容是：___________________。
答案：真空中光速在不同惯性参考系中都是一样5.如果__________在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。
答案：牛顿运动定律二、时间和空间相对性1.长度相对性是指，相对于观察者运动物体长度，总是________静止时物体长度。
答案：小于2.同时相对性是指，在不同地点发生两个事件，在一个惯性系里是同时，但在另一个惯性系里看来却_________同时。
答案：不是3.时间间隔相对性是，某两个事件在不同惯性系中观察，他们发生时间间隔是___________。
答案：不相等。
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随堂检测新人教选修
第1节 相对论的诞生 第2节 时间和空间的相对性1．(对应要点一)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：CD2．(对应要点一)下列说法中正确的是A ．相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题B ．在真空中，若物体以速度v 背离光源运动，则光相对物体的速度为c －vC ．在真空中，若光源向着观察者以速度v 运动，则光相对于观察者的速度为c ＋vD ．迈克耳孙—莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的解析：相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及到相对哪个参考系才成立的问题，故选项A 错误；根据狭义相对论的光速不变原理，故选项B 、C 错误，D 正确。
答案：D3．(对应要点二)用相对论的观点判断，下列说法不．正确的是( ) A ．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比船中的人扁一些D ．当物体运动的速度v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计解析：时间和空间都是相对的，故选项A 的说法错误；根据“时间膨胀”和“长度收缩”效应，选项B 、C 的说法正确；当速度v ≪c 时，1－(v c )2≈1，所以“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计，故选项D 说法正确。
高中物理 第十五章 相对论简介 第1、2节 相对论的诞生
惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观
察 不一定是同时的 。
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 相对运动 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,其长度总比杆 静止 时的长度小。设相对于杆静止的观 察者认为杆的长度为 l0,与杆有相对运动的人认为杆的长度为 l,杆
1．[多选]根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论 ( ) A．任何力学规律在惯性系中都是相同的 B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在 匀速运动 D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在 匀速运动 解析：伽利略的相对性原理是力学规律在任何惯性系中都是相 同的，故选项 A 正确，B 错误；根据伽利略相对性原理的另 一种表述，选项 C 正确，D 错误。 答案：AC
第 1、2 节
相对论的诞生 时间和空间的相对性
1．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假 设：在不同的惯性参考系中，一切物 理规律都是相同的；真空中的光速在 不同的惯性参考系中都是相同的。
2．时间和空间的相对性：“动尺变短”、 “动钟变慢”。
一、相对论的诞生
1．经典的相对性原理 (1)惯性系： 牛顿运动 定律能够成立的参考系。相对一个惯性 系做 匀速直线 运动的另一个参考系也是惯性系。 (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。
2．“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt＝
Δτ 中， 1－vc 2
Δτ 是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发
高中物理第15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434物理
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3．下列几种说法： ①所有惯性系统对物理基本规律都是等价的． ②在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无 关． ③在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度 都相同．
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其中哪些是正确的( ) A．只有①②是正确的 B．只有①③是正确的 C．只有②③是正确的 D．三种说法都是正确的
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2．长度的相对性(尺缩效应) (1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否相对 杆运动而不同． (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，其长度总比静止的长度小，但在垂直于杆 的运动方向上，杆的长度没有变化． (3)相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度 为 l0，与杆相对运动的人认为杆的长度为 l，杆相对于观察者 的速度为 v，则 l、l0、v 之间的关系为：l＝ 7 l_0 ___1－___vc_2____.
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5．用相对论的观点判断，下列说法不正确的是( ) A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件 发生的时间和一个物体的长度总不会改变 B．在地面上的人看来，以 10 km/s 的速度运动的飞船 中的时钟会变慢，但是飞船中的航天员却看到时钟是准确的 C．在地面上的人看来，以 10 km/s 的速度运动的飞船 在运动方向上会变窄 D．当物体运动的速度 v≪c 时，“时间膨胀”和“长度 收缩”效果可忽略不计
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3．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 定律都是 4 ___相__同__(x_iā_nɡ_t的ónɡ．) (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 5 ___相__同__(x_iā_nɡ_t的ónɡ．)
2020_2021学年高中物理第十五章相对论简介1相对论的诞生2时间和空间的相对性课件新人教版选修3_4
知识结构导图
核心素养目标 物理观念：经典相对性原理和狭义相对论的两个假设． 科学思维：经典理论与狭义相对论的区别． 科学探究：探究时间和空间的相对性． 科学态度与责任：会利用相对论时空观解释与日常生活相关的 时间和长度的相对性问题．
一、相对论的诞生 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，这个参考系叫做 __惯__性__系__．相对一个惯性系做匀__速__直__线__运__动__的另一个参考系也是惯 性系． (2)相对性原理 ___力__学___规律在任何__惯__性____系中都是相同的．
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．
【例 2】 如图所示，假设一根 10 m 长的梭镖以光速穿过一根 10 m 长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的，下列关于梭 镖穿过管子情况的描述最恰当的是( )
A．乙观察到甲身高变高 B．甲观察到乙身高变低 C．若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快 D．若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播 速度为 c
解析：因为人是站立在飞船中的，垂直于飞船速度的方向上没 有尺缩效应，即甲、乙观察到对方的身高不变，A、B 错误；根据 相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来 说时间都变慢了，但乙比甲的速度大，因此可以推测，乙观察到甲 动作变慢了，C 错误；根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光 束的传播速度仍为 c，D 正确．
答案：BCD