选修34第十五章相对论简介第2节时间和空间的相对性
人教版高中物理选修3-4课件 15 时间和空间的相对性课件1
这是一个令人吃惊的结论：光信号往返的时间，地面上的 人(小芳)和车厢里的人(小明)测量的结果不一样，地面上的人 测得的时间(Δt)要比车厢里的人测得的时间(Δt′)长些．
【答案】 小明观测的时间Δτ＝2h/c，小芳观测的时间
Δt＝
Δτ ，显然两者不相等． 1－vc2
2．“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt＝
Δτ 1－vc 2
中，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．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．
典例分析
举一反三 触类旁通
一、对光速不变原理的理解
例1】 (多选题)下列说法正确的是( )
A．在以
1 1000
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，杆相对于观察者的速度为v，则
c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
1 1000
c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
高中物理 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课件 新人教版选修34
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，杆相对于观察者的速度为v，则
前移动了一段距离，镜子已跟随车厢移动到C，灯也从A移动
到D.光信号再从镜子反射到灯的过程中，灯已从D移动到A′.
设火车的速度为v，小芳所测得的光信号往返时间为Δt.根据光
速不变原理，ACA′＝cΔt，应用勾股定理可得(
vΔt 2
)2＝(
cΔt 2
)2
－h2.
第三十二页，共34页。
这里用到了相对论的第二个假设，即对地面参考系来说， 光速也是c.
Δt＝
Δτ ，显然两者不相等． 1－vc2
第三十四页，共34页。
以上两式消去h可得Δt′＝Δt 1－vc2 因为 1－vc2<1，所以总有Δt>Δt′.
第三十三页，共34页。
这是一个令人吃惊的结论：光信号往返的时间，地面上的 人(小芳)和车厢里的人(小明)测量的结果不一样，地面上的人 测得的时间(Δt)要比车厢里的人测得的时间(Δt′)长些．
【答案】 小明观测的时间Δτ＝2h/c，小芳观测的时间
第三页，共34页。
教材知识梳理
感受自主学习 收获成果
第四页，共34页。
一、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：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．
高中物理选修3-4第十五章 时间和空间的相对性
第2节：时间和空间的相对性
1
在经典物理家的头脑中，如果两个事 件在一个参考系中看来是同时的，在另一 个参考系中看来也一定是同时的，但是如 果接受爱因斯坦的两个假设，我们会得出 “同时是相对的”这样一个结论．
2
一、“同时”的相对性
车厢上的人和地面上的人看到车厢中 间灯光到达前后车厢的先后是不一样的．
14
然而人们所获 得的比一秒还短得 多的生命延长，远 远不及劣质飞机餐 对健康的残害！
——霍金《时间简 史》
15
五、相对性的时空观
牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空 间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。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。人类对于空间、时 间更进一步的认识而形成的新的时空观，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，不断发展、不断完 善起来的。
6
动尺变短（空间收缩效应）
SY
Y′ S′ u
A l B
O
O′ x●
X X′
1
注意：
长度缩短效应只发生在相对运动的方
向上
如上例中的X轴方向上，在Y轴方向
上无长度缩短效应
7
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
斐克小伙剑术精， 出刺迅捷如流星， 由于空间收缩性， 长剑变成小铁钉.
【解析】 (1)π＋介子在实验室中观察的寿命为
Δt＝
Δτ ＝2.6×10－8 s＝4.3×10－8 s.
1－vc22
1－ 0.82
(2)该粒子在衰变前运动的距离为
x＝vΔt＝0.8×3×108×4.3×10－8 m＝10.32 m.
人教版选修3-4 第15章 第1-2节 相对论的诞生 时间和空间的相对性 课件(38张)
Δτ 是：Δt＝ 12 ____1_－__vc__2___.
4．相对论的时空观 (1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是 13 _绝__对___ 的，空间和时间之间也是 14 __没__有__联系的． (2)相对论时空观：空间和时间与物质的 15 _运__动__状__态___有关．
2.如图所示，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( )
A．0.4c C．0.9c 答案：D
B．0.5c D．c
3．牛顿运动定律不适用下列哪些情况( ) A．研究原子核外部电子绕核运动的情况 B．研究“神舟”八号的升空过程 C．研究地球绕太阳公转 D．研究超音速飞机的运动 解析：选 A 经典力学不适用于微观世界，故 A 不适用；B、 C、D 三个选项中，各种运动的速率都是比较大的，但相对于光 速来说都是低速运动，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，故 选 A.
v<c，所以
Δt>ห้องสมุดไป่ตู้τ
——
(1)时间延缓效应的来源是光速不变原理． (2)时间延缓效应是时空的一种属性．在运动参考系中的时间 节奏变缓慢了(一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命 节奏变慢了)． (3)运动是相对的．在某个参考系中，同一地点先后发生了两 个事件，用固定在该参考系中的钟来测定两事件的时间间隔称为 两事件的静止时间或固有时间，也称原时． (4)日常生活中的时间延缓效应可以忽略，在运动速度接近光 速时，则变得特别重要，不能忽略．
(相对论的诞生、时间和空间的相对性)人教版高中物理选修3-4教学课件
课堂导入
20世纪最伟大的科学家 爱因斯坦
第三页，共三十页。
一、经典的相对性原理
1、惯性系： 牛顿运动定律成立的参考系 相对于一个惯性参考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
还可表述为：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，任何惯性系都是平权的。
麦克尔逊莫雷
实
验
第十页，共三十页。
二、相对性原理与电磁规律
上述的矛盾使物理学家面临两个选择，一是修正现有的理论，去迎合实验结果（这
相对比较容易，但常常无效）； 另一种主张彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适用于某一特 殊的惯性系”，创立全新的理论。爱因斯坦、庞加莱等人选择了后者．并提出了两 个假设：
第十一页，共三十页。
• 0.99c
• 0.999c • 0.9998c
• T(秒)
• 1.01 • 1.15
• 1.67 • 2.29 • 7.1 • 22.4 • 50
第二十三页，共三十页。
四、时空相对性的实验验证
根据相对论，时间在运动中会 进行的比较缓慢，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慢．
第二十五页，共三十页。
四、时空相对性的实验验证
t
t0 1 v 2
c
l l0
1 v 2 c
对速度可与光速相比时， 时间与空间的相对性才 比较明显．
狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际上它 已经成为微观粒子研究的基础之一．
第二十六页，共三十页。
五、相对论的时空观
牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间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。
2020春高中人教版物理选修3-4课件：第十五章 第1节、第2节 相对论的诞生 时间和空间的相对性
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
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相同。
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
4．两个相对性原理的区别 对于伽利略相对性原理来说，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 v＝v′＋u。 v′是 A 惯性系相对另一个 B 惯性系的速度，u 是物体相对 A 惯性系的速度， 那么，物体相对另一个 B 惯性系的速度为 v＝v′＋u。以此类推，若 u 是光 速 c，则在 A 惯性系的光速相对于 B 惯性系的速度为 v＝v′＋c，那么，光 速是可以变大或变小的(在真空中)。 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。
相对论的第一次宏观验证是在 1971 年进行的。当时在地面上将四只铯原 子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向 东飞，另一架向西飞。两架飞机各绕地球飞行一周后回到地面，与留在地面 上的铯原子钟进行比较。实验结果与相对论的理论预言符合得很好。
01课前自主学习
02课堂探究评价
时间间隔是__□0_6__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
□07 Δτ
件的时间间隔，则它们的关系是：Δt＝_________1_－__v_c _2____。
01课前自主学习
02课堂探究评价
高中物理第十五章相对论简介15.2时间和空间的相对性课件新人教选修3_4
l0
l
l l0
1
v
2
c
动尺变短（空间收缩效应）
SY
Y′ S′ u
A l B
O
O′ x●
X X′
1
注意：
长度缩短效应只发生在相对运动的方向上
如上例中的 X 轴方向上，在Y 轴方向上 无长度缩短效应
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
斐克小伙剑术精， 出刺迅捷如流星， 由于空间收缩性， 长剑变成小铁钉.
t t0 1 v 2 c
车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁
思考与讨论
结论： 1、对于运动的火车上同时发生的两个事件， 对于地面就不是同时的
关键：在各个参考系中光速都为c 2、地面上同时发生的两个事件，对于运动 的火车也不是同时的
关键：相对运动
二、长度的相对性
l0
v
l
车上的人看到的车厢的长度： 车外的人看到的车厢的长度：
t t0 1 v 2 c
l l0
1
v
2
c
当两个参考系的
相对速度可与光速相 比时，时间与空间的 相对性才比较明显．
狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际 上它已经成为微观粒子研究的基础之一．
五、相对论的时空观
牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间 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。
四、时空相对性的实验验证
根据相对论，时间 在运动中会进行的比 较缓慢，也就是说， 在空间中高速移动的 时钟，比固定于地面 上的时钟走得慢．
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(new)
1 相对论的诞生2 时间和空间的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的科学体系,自然界的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：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学只要做一些修修补补的工作就可以了。
不过他也承认，“明朗的天空中还有两朵小小的，令人不安的乌云”.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的速度。
对它们的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回答.但是从它对问题的处理上,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的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的.那么，相对论的时空观是否也是这样认为呢？简答：相对论的时空观认为空间和时间与物质的运动状态有关。
知识预览一、相对论的诞生1。
伽利略的相对性原理是：___________________。
答案：力学规律在任何惯性系中都是相同的2。
狭义相对论的两个基本假设分别是___________；________________。
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，一切物理定律都是相同的4。
光速不变原理的内容是:___________________。
答案:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的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、时间和空间的相对性1。
长度的相对性是指，相对于观察者运动的物体的长度，总是________静止时的物体的长度。
答案:小于2。
同时的相对性是指,在不同的地点发生的两个事件，在一个惯性系里是同时的，但在另一个惯性系里看来却_________同时的。
答案：不是3.时间间隔的相对性是,某两个事件在不同的惯性系中观察，他们发生的时间间隔是___________的。
高中物理第十五章相对论简介15.2时间和空间的相对性课件新人教版选修34
断发展、不断完善起来的。
第七页，共20页。
一
二
三
一、怎样理解“动尺变短”和“动钟变慢”
1.动尺变短:狭义相对论中的长度公式 l=l0 1-
2
中
, 0 是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度,
而可以认为是杆沿自己的长度方向以速度运动时,
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, 这叫作狭义相
对论中的时间膨胀。
第九页，共20页。
一
二
三
二、“动钟变慢”公式的推导
两个完全相同的时钟,对好指针,一个放在静止的参考系中,一个放在
运动的参考系中,运动的时钟走得比静止的要慢。
甲
一个物理(wùlǐ)事件发生在运动惯性系中,运动系中的观察者测量的
1-0.9992 s≈1.19×107 s≈137.7
类型
(lèixíng)
一
类型
(lèixíng)
二
题后反思(fǎn sī)在运动的惯性参考系中观测时间具有延缓效应。
第二十页，共20页。
经典时空观仍有存在的价值。
第十五页，共20页。
类型
(lèixíng)一
类型
(lèixíng)
二
长度(chángdù)的相对性
【例1】 长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关,物体在运
动方向上长度缩短了。一艘宇宙飞船的船身长度为l0=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?
【例2】 半人马座α星是离太阳系最近的恒星,它距地球4.0×1016 m。设有
高中人教版物理选修3-4课件：第十五章 1 相对论的诞生 2 时间和空间的相对性
探究一
探究二
课前篇自主预习
课堂篇探究学习
课堂篇探究学习
当堂检测
名师精讲
1.惯性系和非惯性系
(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。牛
顿定律成立的这个参考系是惯性参考系,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
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-2-VIP特权福利
1
2
特权说明
相对论的诞生
VIP用户有效期内可使用VIP专享文档下载特权下载或阅读完成VIP专享文档（部分VIP专享文档由于上传者设置不可下载只能
课前篇自主预习
课堂篇探究学习
(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。
光的传播速度与惯性系的选取无关。
-13-
1
2
相对论的诞生
时间和空间的相对性
探究一
探究二
课前篇自主预习
课堂篇探究学习
课堂篇探究学习
当堂检测
典例剖析
例题1关于经典力学的时空观与相对论的时空观,下列说法正确
不等价的
D.力学规律在任何惯性系里都是等价的
解析:在所有惯性系中,一切力学规律都是等价的,故选项D正确,
选项C错误;经典物理规律是狭义相对论在低速状态下的一个近似,
所以经典物理规律只适用于低速运动的物体,而经典物理中的速度
合成公式也只适用于低速情况,故选项A、B均错误。
答案:D
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选修34第十五章相对论简介第2节时间和空间的相对性
测试题 2019.9
1,如图所示，一点光源S放在平面镜前，镜不动，S以速度v沿OS方向向左平移，则光源S在镜中的像将（）
A．以速率2v平行于OS向右运动
B．以速率v垂直于OS向下运动
C．以速率v沿与镜垂直的方向向S运动
D．以速率v向O点运动
2,观察者看太阳刚从地平线升起时，关于太阳的位置，下列叙述中正确的是（）
A．太阳位于地平线上方 B．太阳位于地平线下方
C．太阳位于地平线上 D．大气密度不知，无法判断
3,如图所示，在凸透镜左侧2倍焦距处，放一发光点S，若使透镜绕其光心位置旋转微小角度时，则必光点的像点的位置（）
A．不变
B．沿原主轴靠近光心O移动
C．沿原主轴远离光心O移动
D．偏离原来主光轴
4,如图所示为LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是（）
A．电容器正在充电
B．电感线圈中的磁场能正在增加
C．电感线圈中的电流正在增大
D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
5,两个线圈平行放置，线圈a．b通有如图所示的电流时，欲使线圈b中的电流瞬时增大，可以采取下列哪些方法（）
A．线圈相对位置不变，增加线圈a中的电流
B．保持线圈a中的电流不变，将线圈a向右平移
C．保持线圈a中的电流不变，将线圈a向上平移
D．保持线圈a中的电流不变,将线圈a绕水平．通过圆心的轴线转动
6,两个交流电i1=2sinw1t(A)和i2=2sinw2t(A)．可以断定(w1≠w2)：A．由于w1≠w2，所以它们通过相同电感元件时，产生不同的自感电动势B．由于二者是幅值相同的正弦式交变电流，所以它们通过相同的电感
元件时，产生相同的自感电动势
C．由于二者频率不同，所以在相同时间内通过相同电阻元件时产生的热量不同
D．由于w1≠w2，所以i1和i2永远不可能同时达到峰值
7,三个完全相同的带电小球1、2、3，在重力场中从同一高度开始自由落下，其中1球直接落地，2球下落过程通过一附加的水平方向匀强电场，3球则通过一附加的水平方向匀强磁场，且均落在同一水平地面上。
它们分别经历的时间为t1、t2、t3，那么三者的关系是：
A．t1＝t2＝t3 B．t1＞t2＞t3
C．t1＝t2＜t3 D．t1＞t2＝t3
8,在磁感强度为B的匀强磁场中，放置一个n匝的半径为r的园形线圈，总电阻为R，线圈平面与磁场方向垂直，当线圈迅速从静止翻转180°的过程中，通过导线任一截面的电量：
9,把有孔的金属圆环与轻质弹簧连接起来，穿在一根水平杆上，杆与金属圆环的摩擦可忽略不计，金属圆环静止时位于O点，O点右侧的空间存在一个垂直于纸面的匀强磁场，金属圆环由平衡位置O向右拉至M点后放开，金属圆环的运动情况是(设金属圆环所在平面始终垂直于磁场的方向)：
A．金属圆环将做简谐运动
B．金属圆环将做振幅逐渐增大的振动
C．金属圆环将做振幅逐渐减小的振动
D．金属圆环将做振动，其振幅时而增大时而减小
10,有A、B、C三个带电小球，它们的质量分别是m、2m、和3m，被用绝缘工具固定在一块光滑的大的绝缘水平面上，并排列在一条直线上．当只释放A时，其加速度为-5m/s2；只释放B时，其加速度为4m/s2；则只释放C时，其加速度应为：
A．1m/s2 B．-2m/s2 C．-1m/s2 D．2m/s2
测试题答案
1, D
2, B
3, C
4, BCD
5, BCD
6, A
7, C
8, C
9, C
10, C。