新人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介第1节第2节相对论的诞生时间和空间的相对性学案
人教版选修3-4 15.1 相对论的诞生 时间和空间的相对性 教案
图示是目前世界上最为豪华的游轮之一。
如果游轮在平静的海面上匀速前行,而你在游轮最底部的船舱内,看不到外面的大海和任何游轮之外的物体,你有什么方法能够得知轮船是在海面上匀速前进还是静止?是的,在轮船没有加速度时,由于我们没有参考系(在船舱底部),所以无法判断轮船到底是匀速前进还是静止,只有具有加速度时我们才能够判断。
对于惯性参考系来讲,一切物理规律都是等价的,只是它们的初始状态不同,这就是相对论的开始。
怎么样?相对论没有你想象的那么难吧!课时15.1相对论的诞生时间和空间的相对性1.了解经典相对性的原理。
2.知道狭义相对论的实验基础,知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论。
3.了解狭义相对论的两个基本假设。
通过实例,了解时间和空间的相对性,体会相对论时空观与低速世界情景的差异。
4.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。
重点难点:狭义相对论的基本假设,长度与时间间隔的相对性。
教学建议:通过本节的学习,了解面对迈克耳孙—莫雷实验的结果,爱因斯坦通过否定以太的存在,同时否定了牛顿力学的绝对空间和绝对时间。
了解狭义相对论的两个基本假设,同时以这两个原理为基础,通过对一些简单现象的分析和逻辑推理,得到“同时”的相对性与时间间隔的相对性。
导入新课:1994年初,一架意大利客机在非洲河岸上空飞行,突然,客机从地面控制室的雷达屏幕上消失了。
正当机场工作人员焦急万分之际,客机又在原来的空域出现,雷达又追踪到了客机的信号,最后,这架客机安全降落在意大利内地机场。
对此现象专家们认为,唯一的解释是在“失踪”的一刹那,时间“静止”不动了,或者说出现了时光倒流。
同学们,时光真的会倒流吗?1.相对论的诞生(1)经典相对性的原理:力学规律在任何①惯性系中都是相同的。
(2)狭义相对论的两个基本假设狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是②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③相同的,光速与光源、观察者间的④相对运动没有关系。
相对论的诞生 时间和空间的相对性 课件
栏目导引
1．怎样理解“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．
工具
人教版物理选修3-4 第十五章 相对论简介
栏目导引
(3)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．
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 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
同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝
Δτ 1－vc2 .
工具
人教版物理选修3-4 第十五章 相对论简介
栏目导引
4．时空相对性的实验验证 (1)微观验证——宇宙射线中μ子的行为． (2)宏观验证——铯原子钟环球飞行的实验． 5．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 绝对 的，空间和时间之间也是 没有 联系的． (2)相对论时空观：空间和时间与物质的 运动状态 有 关．
栏目导引
(2)如果与杆相对静止的人认为杆长是L0，与杆相对运 动的人认为杆长是L，则两者之间的关系为L＝
L0
1－vc2 .
(3)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．
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
高二物理人教版选修3-4课件：第十五章 相对论简介
高中物理课件
相对论简介
第十五章
学案3
章末总结
网络构建
专题整合
自我检测
相对论简介
网络构建 狭义相对性原理： 在不同的惯性参考系中，一
狭
义 相 对 论
两个基
切物理规律都是相同的 光速不变原理： 真空中的光速在不同惯性参考 系中都是相同的
本假设
几个重 “同时”是相对的 要结论 长度是相对的,长度的相对性公式l＝
自我检测 自我检测 图1
梭镖穿过管子的情况的是(
)
A.梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B.管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来 C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住 梭镖
Байду номын сангаас
D.所有这些都与观察者的运动情况有关
1 2 3 4
解析 长度的相对性公式l＝ l0
l0
v2 1－c
时间间隔是相对的，时间间隔的相对性公式Δt＝
Δτ
狭 义 相 对 论 相对论质量关系式m＝
v2 1－ c
几个重
要结论 相对论速度变换公式u＝
u′＋v u′v 1＋ c 2 m0 v2 1－c
mc2
爱因斯坦质能方程E＝
广义相对性原理： 在任何参考系中，物理规律 广
两个基
答案 8.05×10－2
三、相对论速度变换公式
相对论速度变换公式：设车对地面的速度为 v，车上人对车的 u′＋v 速度为 u′,车上人相对于地面的速度为 u,则 u＝ ；如 u′v 1＋ c2 果车上人运动方向与车运动方向相同，u′取正值，如果车上 人的速度与车运动方向相反，u′取负值.
最新人教版高中物理选修3-4第十五章《相对论》本概览
第十五章相对论
本章概览
三维目标
通过实例，了解经典力学的发展历程和成就，体会经典力学创立的价值与意义；初步了解相对论时空观中的基本观点，知道相对论对人类认识高速世界的影响，了解科学的探索过程，体会科学研究方法对人们认识自然的重要性，举例说明物理学的进展对自然科学的促进作用.
理解相对论的质量与速度的关系、质量与能量的关系，并能进行相关计算，了解狭义相对论的实验基础、基本原理及相对论时空观，了解相对论中的动量、质量和能量以及质能关系.
经历科学家建立相对论的思维探索过程，认识科学思维的意义，学习科学的思维方法，从中体验成功的乐趣.了解广义相对论的基本原理和结论，了解宇宙的发展历程，领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，体会科学、技术与社会之间的互动关系. 知识网络。
15-1、2相对论的诞生和时间和空间的相对性
设相对于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，杆相对于观察者的速度为v，则
l0
v 1－ c 2
l，l0，v的关系是：l＝
。
第十五章
第一节 第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
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。
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第一节 第二节
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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＝ 。
第十五章
第一节 第二节
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第一节 第二节
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2．怎样理解“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt ＝ Δτ v2 1－ c ，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地
点的两个事件发生的时间间隔，而Δt是相于事件发生地以 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。
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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
v 1－ c 2
中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆
人教版高中物理选修3-4 第十五章 1~2 相对论的诞生 狭义相对论简介
1相对论的诞生2时间和空间的相对性[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．一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设[导学探究](1)如图1所示，小球相对于参考系O以速度v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，人观察到小球的速度分别为多大？图1(2)如图2所示，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，人观察到的光源发出光的传播速度分别为多大？图2答案(1)分别是v0、v0－v、v0＋v(2)人观察到的光速都是c[知识梳理]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，这个论述叫做伽利略相对性原理．经典的相对性原理的三种表述：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．经典相对性原理解释电磁规律的困难迈克耳孙—莫雷实验证明了光速是不变的，这与传统的速度合成法则是矛盾的．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．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)根据伽利略相对性原理，在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动．(√)(2)根据伽利略相对性原理，同一力学规律在不同的惯性系中可能不同．(×)(3)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－v.(×)(4)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．(√)(5)光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．(√)(6)根据狭义相对论的两个假设，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(√)二、时间和空间的相对性[导学探究]如图3所示，一列车以速度v经过站台，站台中部的观察者C看到列车车头正好到达站台最右端的A人时，车尾正好到达站台最左端的B人．图3(1)若此时站台上的观察者C看到A、B两人同时面向列车举起手中的小红旗，那么站在列车中点的观察者C′看到A、B两人是同时举旗的吗？如果不是同时举旗，他会看到哪个人先举旗？(2)站台上的观察者C看到列车长度刚好和站台长度相同，列车上的观察者C′认为列车长度和站台长度相同吗？如果不相同，他认为列车长还是站台长？(3)假定列车上的观察者C ′举起小红旗向站台上的A 、B 两人挥动致意，他认为自己从举起小红旗到放下小红旗的时间为t ，站台上的观察者C 观察到他举旗的时间也为t 吗？如果不是t ，他认为这个时间比t 长还是短？答案 (1)不是同时举旗，他看到A 人先举旗 (2)列车长度和站台长度不相同，站台要短一些 (3)不是t ，他认为这个时间比t 长 [知识梳理] 时间和长度的相对性 1．“同时”的相对性在同一个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时： (1)经典的时空观认为一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的． (2)狭义相对论的时空观认为不一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的． 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与杆做相对运动而不同． (2)狭义相对论认为“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式：l ＝l 0 1－(vc)2，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变． 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)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式 Δt ＝Δτ1－(vc)2，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． 4．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，即与物质的运动状态无关．(2)狭义相对论时空观：有物质才有时间和空间，空间和时间与物质运动状态有关． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点．(√) (2)一根杆的长度静止时为l 0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l 0.(×) (3)“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化．(×)(4)长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变．(√) (5)高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了．(√)(6)地面上的人认为两个事件同时发生，而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认为．(√)一、经典的相对性原理与狭义相对论 应用狭义相对论的几点注意1．惯性系与非惯性系的确定：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的物体都是惯性参考系，相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系． 2．光的传播速度与惯性系的选取无关．在任何情况下，真空中的光速都是c . 3．力学规律相对于惯性系来说都是相同的．例1 如图4所示，在列车车厢里的光滑水平面上有一个质量为m ＝5 kg 的小球，正随车厢一起以20 m/s 的速度匀速前进．现在给小球一个水平向前的F ＝5 N 的拉力作用，求经10 s 时，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？图4答案 10 m /s 30 m/s解析 对车上的观察者：小球的初速度v 0＝0，加速度a ＝Fm ＝1 m /s 2，经过10 s ，速度v 1＝at ＝10 m/s.对地上的观察者：小球初速度v 0＝20 m/s ，加速度为a ＝Fm ＝1 m /s 2.经过10 s ，速度v 2＝v 0＋at ＝30 m/s.两个观察者的结果虽然不同，但都利用了牛顿运动定律，因此都是惯性参考系.观察的结果不同，是因为选择了不同的参考系.例2 (多选)下面说法正确的是( )A ．在以11 000c 竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c 大B ．在以11 000c 竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c 小C ．在以11 000c 竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为cD ．在以11 000c 竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c答案 CD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 正确，A 、B 错误．二、时间和空间的相对性应用相对论“效应”解题的一般步骤：(1)应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度．(2)明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果． (3)应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算．例3 地面上长100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？答案 100 km 80 km解析 当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c 时，由相对论长度公式l ＝l 01－(vc)2代入相应的数据解得：l ＝100×1－0.62 km ＝80 km.例4 π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s(在它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＋介子寿命多长？(2) 在(1)中实验室坐标系里测量的π＋介子在衰变前运动了多长距离？ 答案 (1)4.3×10－8 s (2)10.32 m解析 (1)π＋介子在实验室中的寿命为 Δt ＝Δτ1－(v c)2＝2.6×10－81－0.82s ≈4.3×10－8 s.(2)该粒子在衰变前运动的距离为x ＝v Δt ＝0.8×3×108×4.3×10－8 m ＝10.32 m.1．(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 AC2.如图5所示，强强乘坐速度为0.9c (c 为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c ，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )图5A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．c 答案 D解析 由狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D 正确．3．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲的手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是( ) A ．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度长 B ．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度短 C ．乙看到甲的手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度长 D ．乙看到甲的手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同 答案 B 解析 由l ＝l 01－(vc)2可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时，都发现对方手中的尺比自己手中的尺短，故B 正确，A 、C 、D 错误． 4．(多选)用相对论的观点判断下列说法，其中正确的是( )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 ．在地面上看，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变快，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短，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D ．当物体运动的速度v 远小于c 时，“长度收缩”和“时间膨胀”效果可忽略不计 答案 CD解析 时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A 错误．由l ＝l 01－(vc)2可知两处的人都感觉l ＜l 0，所以C 正确．由尺缩效应和钟慢效应公式可知，当v 远小于c 时，尺缩效应和钟慢效应都可以忽略不计，所以B 错误，D 正确．一、选择题1．(多选)关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是( ) A ．适用于宏观物体 B ．适用于微观物体 C ．适用于高速运动的物体 D ．适用于低速运动的物体 答案 AD解析 由经典力学的局限性可知A 、D 正确． 2．关于相对论的认识，下列说法正确的是( )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 ．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D ．惯性系就是静止不动的参考系E ．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 答案 C3．如图1所示，世界上有各式各样的钟：砂钟、电子钟、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．这种说法是( )图1A ．对的，对各种钟的影响必须相同B ．不对，不一定对所有的钟的影响都一样C ．A 和B 分别说明了两种情况下的影响D ．以上说法全错 答案 A4．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 答案 D解析 相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及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知，选项B 、C 错误，D 正确．5.如图2所示，在一个高速转动的巨大转盘上放着A 、B 、C 三个时钟，下列说法正确的是( )图2A ．A 时钟走时最慢，B 时钟走时最快 B ．A 时钟走时最慢，C 时钟走时最快 C ．C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快D ．B 时钟走时最慢，A 时钟走时最快 答案 C解析 A 、B 、C 三个时钟中，C 相对于地面的速度最大，A 相对于地面的速度最小；由Δt ＝Δτ1－(v c)2可知，C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快，故选项C 正确．6．如图3所示，沿平直铁路线上有间距相等的三座铁塔A 、B 和C .假想有一列车沿AC 方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B 发出一个闪光，列车上的观察者测得A 、C 两铁塔被照亮的顺序是( )图3A ．同时被照亮B ．A 先被照亮C ．C 先被照亮D ．无法判断答案 C解析 以列车为参考系，塔A 、B 、C 向左高速运动，列车中的观测者认为光从B 到A 的距离大于光从B 到C 的距离，由t ＝lc知，光从B 到C 用时短，C 先被照亮．7．惯性系S 中有一边长为l 的正方形(如图4所示)，从相对S 系沿x 方向以接近光速的速度匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )图4答案 C解析 由相对论长度公式l ＝l 0 1－(vc)2得，运动方向上的边长变短，垂直运动方向上的边长不变．8．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这段路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为( ) A ．0.5c B ．0.6c C ．0.8c D ．0.9c答案 C解析 由l ＝l 0 1－(v c )2，且l l 0＝35可得：v ＝0.8c ，故C 正确．二、非选择题9．一长杆在车厢中静止，杆与车厢前进的方向平行．在车厢中测得杆长为1.0 m ，车厢以41.7 m /s 的速率行驶(相当于150 km/h)．求在地面测得的杆长． 答案 见解析 解析 l ＝l 0 1－(vc)2＝1－(41.73×108)2 m ≈1－1.93×10－14m. 10．一个摆钟在静止参考系中的摆动周期是3.0 s ，当一个观测者相对该摆钟以0.99c 的速度运动时，观测者测得的周期是多少？摆钟是变快了还是变慢了？ 答案 21.3 s 变慢了解析 由时间延缓效应公式：Δt ＝Δτ1－(v c )2，又已知Δτ＝T ＝3.0 s ， 所以可得：T ′＝T 1－(v c)2＝3.01－(0.991)2 s ≈21.3 s ， 由T ′＞T ，可看出摆钟变慢了．11．长度测量与被测物体相对于观察者的运动情况有关，物体在运动方向上长度会缩短．一艘宇宙飞船的船身长度为L 0＝90 m ，相对地面以v ＝0.8c 的速度从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)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s解析 (1)观测站测得船身的长度为L ＝L 0 1－(v c)2＝901－0.82 m ＝54 m ，通过观测站的时间间隔为Δt ＝L v ＝54 m0.8c＝2.25×10－7 s.(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 Δt ′＝L 0v ＝90 m 0.8c＝3.75×10－7 s.。
人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介 全单元课堂精品课件
牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，
简称惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系，
称为非惯性系．
7
❖综上所述，相对任何惯性系，力 学规律都具有相同的形式。换言 之，在描述力学的规律上，一切 惯性系都是等价的。这一原理称 为伽利略相对性原理，或经典力 学的相对性原理。
8
（2）知道狭义相对论的两个基本假设 狭义相对论的两个基本原理： ①相对性原理
16
❖狭义相对论的时空概念 爱因斯坦 在研究电磁规律的同时，也分析了 时间和空间的概念，指出了经典时 空概念的局限性。研究时空的性质 需要进行测量，光或电磁波是测量 时空的唯一工具，从而是了解时空 性质不可缺少的因素。以下，简单 地介绍狭义相对论的时空概念。
17
(1)“同时”的相对性 －> －>
5
伽利略这段描述说明：在相对于地面做匀速直线运动
的船舱里所进行的力学实验和观测，其结果与地面上的 力学实验和观测结果没有差异。不能根据在船舱内的力 学实验和观测，来判断船相对于地面是静止还是运动。 正如地球以30千米/秒的速度相对太阳而运动，我们却丝 毫没有感觉地球在运动一样，也不能根据地面上的力学 实验来直接判断地球的公转。这是因为地面上和船舱里 的力学规律具有相同的形式。牛顿第二定律的形式F＝ ma，在静止的船上和做匀速直线运动的船上是相同的。 牛顿运动定律是经典力学的基础，凡是牛顿运动定律成 立的参照系，称为惯性参照系，或简称惯性系。地面参 照系是惯性系，相对地面做匀速直线运动的船也是惯性 系。一般而言，相对惯性系做匀速直线运动的任何参照 系，都是惯性系。
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❖ 一列火车以速度ν向右行驶，如图所示。A’和B’为车首 尾处的两点，C’为A’和B’连线的中点。A和B是在事件发生 时，地面上与A’和B’分别对应的两点，C为A和B连线的中 点。车从左侧开来，当行至图示位置时，A和B各发射一 光讯号，代表两个事件。如果在C点同时接收到这两个 光讯号，则在地面上判断，两讯号是同时发生的。而火 车向右行驶，设在车上C’点的探测装置必然先接收到A发 出的光讯号。反之，如果A’、B’两点发出的两光讯号被C’ 点的装置同时接收到，则车内的观者认为A’和B’两讯号 同时发出，而地面的观者必然认为B’处的光讯号比A’处 的光讯号先发出。可见同时性是相对的，而不是绝对的。
人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介基础知识梳理
第十五章 相对论简介
15. 1 相对论的诞生 一、经典的相对性原理 1.惯性系与非惯性系 (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。
地面参考系是惯性系,相对于它做匀速运动的汽车、轮船作为参考系也是惯性系。 (2)非惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中不成立,这个参考系就叫非惯性系。
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,光速与光源观察者间的相对运 动没有关系。在两个假设的基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论 四、对光速不变原理的理解 1.真空中的光速不变
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,光速与光源、观察者间的相对 运动没有关系。 2.“超光速”不存在
这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设,这个假设是狭义相对论的基础. 之所以称为假设,是因为它只根据迈克耳孙一莫雷实验有限的几次实验提出的,还没 有经过数学的逻辑推理在大量的结论跟事实相符后,就成为狭义相对论原理。
第十五章 相对论简介
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知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。--培根 15.2 时间和空间的相对性
车上的观察者认为：闪光从光源到前壁和后壁的距离相等,根据光速不变原理,闪 光同时到达前后两壁;车下的观察者认为：闪光从光源到后壁的距离比到前壁的距离 短，根据光速不变原理,闪光先到达后壁,后到达前壁。
二、长度的相对性 1.两种观点对“长度”的认识 (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 总比静止时的长度小,但在垂直于运动方向上,杆的长度没有变化。 2.狭义相对论的长度变换公式
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第1节 相对论的诞生 第2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．知道狭义相对论的几个主要结论，“同时”的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性。
3．了解时空相对性的验证，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。
一、相对论的诞生 1．经典的相对性原理
(1)惯性系：□01牛顿运动定律成立的参考系。
相对于一个惯性系做□02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□03惯性系中都是相同的。
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□04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□05相同的。
二、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，在另一个惯性系中观察也是□
01同时的。
(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□
02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□
03小。
设与杆相对静止的观察者认为杆的长度为l 0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l ，则两者之间的关系是：l ＝□
04l 0
1－⎝ ⎛⎭
⎪⎫v c 2。
3．时间间隔的相对性
(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔总是□05相同的。
(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□06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同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt ＝□
07
Δ
τ
1－⎝ ⎛⎭
⎪⎫v c 2。