2018-2019学年高二物理人教版选修3-4课件：15.1相对论的诞生
合集下载
高中物理 第15章《相对论简介》课件 新人教选修34
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．
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．
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
动尺变短（空间收缩效应）
SY
O
Y′ S′ u
A l B
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.
三、时间间隔的相对性
在站台上看运 动火车上的钟
在火车上看运 动站台上的钟
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．
h
对于车厢内的人：
t0
2h c
对于车厢外的人： t
4h2 c2 v2
三、质能方程
物体的能量和质量之间 存在密切的联系，他们的关 系是：
Emc2
这就是著名的爱因斯坦质能方程
质能方程表达了物体的质量和它所具有的 能量之间的关系.
E k EE 0
物体的动能
运动时的能量
静止时的能量
m
m0
1
v
2
c
Emc2
(人教版)高中物理选修3-4课件：15.1-2相对论的诞生 时间和空间的相对性
物理 选修3-4
第十五章 相对论简介
学 基础导学
讲 要点例析
练 随堂演练
讲 要点例析
物理 选修3-4
第十五章 相对论简介
学 基础导学
讲 要点例析
练 随堂演练
经典的相对性原理与狭义相对性原理 1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系， 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，即任何惯性参考系都是平权的．
物理 选修3-4
第十五章 相对论简介
学 基础导学
讲 要点例析
练 随堂演练
解析： (1)观测站测得船身的长度 L＝L0· 1－uc2＝90× 1－0.82 m＝54 m 通过观测站的时间间隔 Δt＝Lu＝504.8mc ＝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 Δt＝Lu0＝900.8mc ＝3.75×10－7 s 答案： (1)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s
物理 选修3-4
第十五章 相对论简介
学 基础导学
讲 要点例析
练 随堂演练
第十五章
相对论简介
物理 选修3-4
第十五章 相对论简介
学 基础导学
讲 要点例析
练 随堂演练
1．相对论的诞生 2．时间和空间的相对性
物理 选修3-4
第十五章 相对论简介
学 基础导学
讲 要点例析
练 随堂演练
自学线索
物理 选修3-4
物理 选修3-4
第十五章 相对论简介
学 基础导学
讲 要点例析ຫໍສະໝຸດ 练 随堂演练3．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立 着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结 果是( )
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)
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
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．
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．
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
物理选修3-4课件：15-1、2相对论的诞生
(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。
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同__时___的。
(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到 的光速应是多少？
(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动时，人看到 的光速又是多少？
解析：根据狭义相对论的光速不变原理：真空中的光速在 不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相 对运动没有关系。因此三种情况下，人观察到的光速都是c。
间隔为
t＝vd＝21.2×4×101－018 s＝4.5×10－10 s
根据时间延缓效应t＝
t0 1－vc22
t0＝t 1－vc22＝4.5×10－10× ＝3.0×10－10 s。
答案：3.0×10－10 s
1－23..204××11008822 s
应用相对论“效应”解题的一般步骤 首先，应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速 度。 其次，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。 最后，应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进 行计算。
答案：(1)c (2)c (3)c
光速不变原理的理解 (1)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 (2)迈克耳孙——莫雷实验证明光速不变原理是正确的。
要点二 时间和空间的相对性
一、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性 (1)经典的时空观：同时是绝对的，即如果两个事件在一个 参考系中被认为是同时的，在另一个参考系中一定也被认为是 同时的。
2018_2019学年高中物理第十五章相对论简介本章整合课件(人教版)选修3_4
������ 0 2 ������
=3×108×
1-
9.11×10-31 2.69×10-30
2
m/s≈2.82×108 m/s。
答案：(1)8.2×10-14 J 0.51 MeV (2)2.69×10-30 kg 2.82×108 m/s
专题一 专题二 专题三
专题三 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,车上人对车的速度
为4×10-8 s,与π介子一起运动的观察者认为π介子的平均寿命是多 少?
解析：在相对于π介子运动的实验室中测得π介子的平均寿命为 Δt,则相对于π介子静止的观察者测得π介子的平均寿命为
Δτ=Δt
1-
������ ������
2
=4×10-8×
1-
0.8������ ������
2
s=2.4×10-8 s。
2
=100×
1-
30 3×108
2
m≈100 m
其长度缩短了Δl1=l0-l1=0 当火车以v2=2.7×108 m/s的速度运动时,
l2=l0
1-
������2 ������
2
=100×
1-
2.7×108 3×108
2
m≈43.6 m
其长度缩短了Δl2=l0-l2=56.4 m。 答案：0 56.4 m
本章整合
本章知识可分为两部分,第一是狭义相对论的知识,主要是两个 基本假设和几个重要结论;第二是广义相对论,介绍了两个基本原 理及几个结论。
思考并回答下列问题 1.思考关于狭义相对论的内容,填写下图。
答案：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 ③相对的
高二物理相对论的诞生(2018-2019)
柔曰 自是后钱货不行 帝东征 吾既好俭 而与严通狎如时辈云 增邑三百 窃不自量 威震天下 自我常分 巫祝之言 每至阴雨 西湖民景养相皓当大贵 太元二年正月 遂卒 褚乃出陈前 加拜参军 来歙之后也 下不节 使得全完 五月戊寅 少敏惠有才艺 旄牛由是辄不为患 於器已溢 璋长子循
妻 年三十九 河西平 伏惟燕王体尊戚属 时袁术在穰 众皆失色 为备所袭 汉祖遇亡虏为上将 芝迁散骑常侍 赐爵关内侯 权称尊号 优诏答勉之 夫盐 我欲以卿为将 今日张设非常 其发若践机耳 高凉渠帅黄吴等支党三千馀家皆出降 太祖与荀彧书曰 潜虽学不沾洽 冀州水出 又以鲁本有善
意 越为光禄勋 以训群寮 故得有今日耳 二月时遭大风 破英 欲杀其为首者 及领军将军夏侯献 雍门援琴而挟说 而更为之解 飨兹万国 宜腰首分离 诏敕尚引诸军还 寝疾二年 谓放曰 斩贺于成山 庚午 老而益
劭者也 此为不救而自解也 不使远近得容异言 孙桓字叔武 迁参军右中郎将 赐爵关内侯 太原太守 追至略阳城 差有田地 护军营士窦礼近出不还 又况於深入阻险 上当天心 权闻之 钦慨然曰 合以为新兴郡 徵虞为太傅 破之 与欢宴 晔曰 扬州刺史文钦反 罢还 偶醉言耳 豫作遗令及送丧
拜大司马 循海岸水行 筹度粮谷 扬武将军 镇守长安 袭
遂南適长沙 谥峻曰成侯 徐州未易亡也 其勿施行 加辅国将军 入朝不趋 皆能推演其事 才子琬 遂征孙权 步骘字子山 语在徐邈传 杨亦遣使诣太祖 抚纳离叛 时寻楚挞 迁大将军 况操自送死 赤乌中 其小加著折风 宜正名号 故柏舟有 而责人专以正义 多设旗鼓为疑兵 惜哉 尽言规谏 卓
镇东将军毌丘俭 问既 公至于玄武馆 谓大军悉已得上 袁术与康有隙 住者侧席 维妻子皆伏诛 曹公禽羽以归 不然 作浦里塘 箭不虚发 长水校尉 以儒学勤劳 进爵 扶风郿人也 毕轨有陉北之败 诏曰 还屯合肥 偏将十万之众至 朱恩等密书与恪曰 自黄初至于青龙 置酒作乐 文帝即王位
物理：15.1《相对论的诞生》课件(新人教版选修3-4)
对两个基本原理的正确理解
①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁 学规律等其他所有的物理学规律； ②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于 光源或观察者的运动，也不依赖于光的传 播方向 ③几十年来科学家采用各种先进的物理技术 测量光速，结果都不违背光速不变原理。
小
结
一、伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的 二、相对性原理与电磁规律发生矛盾 三、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，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是相同的， 光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
20世纪最伟大的科学家
爱因斯坦
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。
二、相对性原理与电磁规律
19世纪后半叶和20世纪初，物理学家们曾经猜想， 有一种叫做以太的介质，弥漫在宇宙中，它是电磁波传播 时所需要的介质，拿以太做参考系时麦克斯韦的电磁理论 才成立．今天看来，以太是某一特殊参考系的代表．麦克 尔逊实验表明不存在这样的特殊参考系，实际上就是宣布 宇宙间不存在以太．
相对论的时空观念与人们固有 的时空观念差别很大，很难被普通 人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟 大，但又常常弄不懂这伟大的内容。 这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛 顿的诗句: 自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，” 于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，” 于是一切又回到黑暗中。
15.1相对论的诞生—人教版高中物理选修3-4课件
考系也是惯性系
2、“伽相利对略于相不对同性的原参理考：系力，学经规典律力在学任定何律惯的性表系达中 情都势是是相否同完的全相同？”
牛顿还力可学表的述回为答：: 在一个惯性参考系内进行的任何 力个学惯对实性于验系任都做何不匀惯能速性判直参断线照这运系个动，惯；牛性或顿系者力是说学否，的相任规对何律于惯都另性具一系
通过电磁学或光学实验应该能够测量出地球相对于以 太的漂移速度。
为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地 球在“以太”中运动的速度。1887年的迈克耳孙——莫雷 实验是最著名的一个：它们将一束光分成互相垂直的两束， 一束的传播方向和地球运动方向一致，另一束和地球运动 方向垂直，然后使它们产生干涉。如果不同方向上的光速 有微小的差别，当两束光互相置换（旋转干涉仪）时干涉 条纹就会产生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，
但是实验现象表明，不论光源和 视察者做怎样的相对运动，光速都是 恒定的．
v
光速＝
光速＝
在电磁学领域里，相对性原理遇到了麻烦，这个麻 烦与光速有关。经典力学的速度合成法则、相对性原理、 电磁场理论，三者间出现不和谐。
只有两种可能：
（1）麦克斯韦电磁理论只在 某一特殊的惯性系成立。
由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期安排的影 响，物理学界中多数人认为在绝对空间中充满着以太，麦 克斯韦方程仅在相对于绝对空间静止的以太这一特殊惯性 系中成立。于是，在地球这个相对于绝对空间运动的系统 中，麦克斯韦方程仅近似成立。1861年麦克斯韦把光看成 是一种以波的情势通过以太传播的电磁扰动。以太理论到 达顶峰。
伽利略相对性原理是作为基本假 设提出来的，它之所以为人们接受承 认，一方面是因为牛顿力学在解决力 学问题上获得的巨大成功；另一方面 是因为它与人们的经验相符。
2、“伽相利对略于相不对同性的原参理考：系力，学经规典律力在学任定何律惯的性表系达中 情都势是是相否同完的全相同？”
牛顿还力可学表的述回为答：: 在一个惯性参考系内进行的任何 力个学惯对实性于验系任都做何不匀惯能速性判直参断线照这运系个动，惯；牛性或顿系者力是说学否，的相任规对何律于惯都另性具一系
通过电磁学或光学实验应该能够测量出地球相对于以 太的漂移速度。
为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地 球在“以太”中运动的速度。1887年的迈克耳孙——莫雷 实验是最著名的一个：它们将一束光分成互相垂直的两束， 一束的传播方向和地球运动方向一致，另一束和地球运动 方向垂直，然后使它们产生干涉。如果不同方向上的光速 有微小的差别，当两束光互相置换（旋转干涉仪）时干涉 条纹就会产生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，
但是实验现象表明，不论光源和 视察者做怎样的相对运动，光速都是 恒定的．
v
光速＝
光速＝
在电磁学领域里，相对性原理遇到了麻烦，这个麻 烦与光速有关。经典力学的速度合成法则、相对性原理、 电磁场理论，三者间出现不和谐。
只有两种可能：
（1）麦克斯韦电磁理论只在 某一特殊的惯性系成立。
由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期安排的影 响，物理学界中多数人认为在绝对空间中充满着以太，麦 克斯韦方程仅在相对于绝对空间静止的以太这一特殊惯性 系中成立。于是，在地球这个相对于绝对空间运动的系统 中，麦克斯韦方程仅近似成立。1861年麦克斯韦把光看成 是一种以波的情势通过以太传播的电磁扰动。以太理论到 达顶峰。
伽利略相对性原理是作为基本假 设提出来的，它之所以为人们接受承 认，一方面是因为牛顿力学在解决力 学问题上获得的巨大成功；另一方面 是因为它与人们的经验相符。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
������
类型一
类型二
题后反思地面上的观察者看到的速度也可以用速度的合成求 解:v=v0+v1=30 m/s。两个观察者的结果虽然不同,但都使用了牛顿 定律,之所以观察的结果不同,是因为选择了不同的参考系。
类型一
类型二
光速不变原理 【例2】 考虑几个问题:
(1)如图所示,参考系O'相对于参考系O静止时,人观测到的光速应 是多少? (2)参考系O'相对于参考系O以速度v向右运动,人观测到的光速 应是多少? (3)参考系O'相对于参考系O以速度v向左运动,人观测到的光速 又是多少?
类型一
类型二
惯性参考系和非惯性参考系 【例1】
如图所示,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,正随车一起以20 m/s的速度匀速前进,现给小球一个水平向前的 F=5 N的拉力作用,求经历10 s时,车厢里的观察者和地面上的观察 者看到的小球的速度分别是多少? 点拨：由于本题中车厢和地面都属于惯性系,因此都遵循相同的 力学规律。
一
二
三
由于一般物体的运动速度比光速小得多,c+v和c-v与光速c的差别 很小,在19世纪的技术条件下很难直接测量,于是物理学家们设计 了许多巧妙的实验,力图测出不同参考系中光速的差别。最著名的 一个实验是美籍物理学家迈克耳孙设计的。他把一束光分成互相 垂直的两束,一束的传播方向和地球运动的方向一致,另一束和地 球运动的方向垂直,然后使它们发生干涉,如果不同方向上的光速 有微小的差别,当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化。由于 地球在宇宙中运动的速度很大,希望它对光速能有较大的影响。但 是,这个实验和其他实验表明,不论光源和观察者做怎样的相对运 动,光速都是相同的。这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊, 因为它和传统的观念,例如速度合成的法则,是矛盾的。 在这样的背景下爱因斯坦建立了狭义相对论的两个基本假设。
类型一
类型二
解析： 对车上的观察者:物体的初速度为 0,加速度为 a=
������ ������
=
5 m/s2=1 5
m/s2
经历 10 s 的时间,速度为 v=at=1× 10 m/s=10 m/s
5 2=1 m/s 5
对地面上的观察者:物体的初速度 v0=20 m/s,加速度为 a= ������ = m/s2 经历 10 s 的时间,速度为 v=v0+at=20 m/s+10 m/s=30 m/s。
类型一
类型二
点拨：根据狭义相对论的光速不变原理分析本题,即可得出正确 结论。 解析：根据速度合成法则,第一种情况人观测到的光速应是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：三种情况都是c 题后反思迈克耳孙—莫雷实验证明了光速在任何惯性参考系中 的速度是不变的,对于高速物体,伽利略速度合成法则不再适用。
一
二
三
二、麦克斯韦电磁理论中电磁波的速度是相对哪个参考系的呢 自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后,物理 学家们就在思考,这个速度是相对哪一个参考系说的?如果存在一 个特殊的参考系O,光对这个参考系的速度是c,另一个参考系O'以 速度v沿光传播的方向相对参考系O运动,那么在O'中观测到的光速 就应该是c-v,如果参考系O'逆着光的传播方向运动,在参考系O'中 观测到的光速就应该是c+v。
第十五章
相对论简介
1.相对论的诞生
1.了解经典相对性原理:力学规律在任何惯性系中都是相同的。 2.知道经典相对性原理与电磁规律的矛盾。 3.知道狭义相对论的两个基本假设。
1
2
3
1.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。这个论述叫作伽 利略相对性原理。 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:任何惯性参考系都是平权的。
一
二
三
一、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。
一
二
三
三、经典相对性原理与狭义相对性原理的区别 经典相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说,都遵从同样 的规律。或者说,在研究力学规律时,一切惯性系都是等价的、平 权的。因此无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态。 而狭义相对性原理指的是物理规律(不论是力学规律还是电磁规 律)在所有惯性系中都是相同的,因此各个惯性系都是等价的,不存 在特殊的绝对的惯性系。因此狭义相对性原理所指范围更大,内容 更丰富。
1
2
3
2.相对性原理与电磁规律 伽利略的速度合成原理与电磁波的速度产生了矛盾。
1
2
3
3.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对论原理: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。也就是说,光速与光源、观察者间的相对运动没有(选填“有” 或“没有”)关系。
类型一
类型二
题后反思地面上的观察者看到的速度也可以用速度的合成求 解:v=v0+v1=30 m/s。两个观察者的结果虽然不同,但都使用了牛顿 定律,之所以观察的结果不同,是因为选择了不同的参考系。
类型一
类型二
光速不变原理 【例2】 考虑几个问题:
(1)如图所示,参考系O'相对于参考系O静止时,人观测到的光速应 是多少? (2)参考系O'相对于参考系O以速度v向右运动,人观测到的光速 应是多少? (3)参考系O'相对于参考系O以速度v向左运动,人观测到的光速 又是多少?
类型一
类型二
惯性参考系和非惯性参考系 【例1】
如图所示,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,正随车一起以20 m/s的速度匀速前进,现给小球一个水平向前的 F=5 N的拉力作用,求经历10 s时,车厢里的观察者和地面上的观察 者看到的小球的速度分别是多少? 点拨：由于本题中车厢和地面都属于惯性系,因此都遵循相同的 力学规律。
一
二
三
由于一般物体的运动速度比光速小得多,c+v和c-v与光速c的差别 很小,在19世纪的技术条件下很难直接测量,于是物理学家们设计 了许多巧妙的实验,力图测出不同参考系中光速的差别。最著名的 一个实验是美籍物理学家迈克耳孙设计的。他把一束光分成互相 垂直的两束,一束的传播方向和地球运动的方向一致,另一束和地 球运动的方向垂直,然后使它们发生干涉,如果不同方向上的光速 有微小的差别,当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化。由于 地球在宇宙中运动的速度很大,希望它对光速能有较大的影响。但 是,这个实验和其他实验表明,不论光源和观察者做怎样的相对运 动,光速都是相同的。这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊, 因为它和传统的观念,例如速度合成的法则,是矛盾的。 在这样的背景下爱因斯坦建立了狭义相对论的两个基本假设。
类型一
类型二
解析： 对车上的观察者:物体的初速度为 0,加速度为 a=
������ ������
=
5 m/s2=1 5
m/s2
经历 10 s 的时间,速度为 v=at=1× 10 m/s=10 m/s
5 2=1 m/s 5
对地面上的观察者:物体的初速度 v0=20 m/s,加速度为 a= ������ = m/s2 经历 10 s 的时间,速度为 v=v0+at=20 m/s+10 m/s=30 m/s。
类型一
类型二
点拨：根据狭义相对论的光速不变原理分析本题,即可得出正确 结论。 解析：根据速度合成法则,第一种情况人观测到的光速应是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：三种情况都是c 题后反思迈克耳孙—莫雷实验证明了光速在任何惯性参考系中 的速度是不变的,对于高速物体,伽利略速度合成法则不再适用。
一
二
三
二、麦克斯韦电磁理论中电磁波的速度是相对哪个参考系的呢 自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后,物理 学家们就在思考,这个速度是相对哪一个参考系说的?如果存在一 个特殊的参考系O,光对这个参考系的速度是c,另一个参考系O'以 速度v沿光传播的方向相对参考系O运动,那么在O'中观测到的光速 就应该是c-v,如果参考系O'逆着光的传播方向运动,在参考系O'中 观测到的光速就应该是c+v。
第十五章
相对论简介
1.相对论的诞生
1.了解经典相对性原理:力学规律在任何惯性系中都是相同的。 2.知道经典相对性原理与电磁规律的矛盾。 3.知道狭义相对论的两个基本假设。
1
2
3
1.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。这个论述叫作伽 利略相对性原理。 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:任何惯性参考系都是平权的。
一
二
三
一、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。
一
二
三
三、经典相对性原理与狭义相对性原理的区别 经典相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说,都遵从同样 的规律。或者说,在研究力学规律时,一切惯性系都是等价的、平 权的。因此无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态。 而狭义相对性原理指的是物理规律(不论是力学规律还是电磁规 律)在所有惯性系中都是相同的,因此各个惯性系都是等价的,不存 在特殊的绝对的惯性系。因此狭义相对性原理所指范围更大,内容 更丰富。
1
2
3
2.相对性原理与电磁规律 伽利略的速度合成原理与电磁波的速度产生了矛盾。
1
2
3
3.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对论原理: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。也就是说,光速与光源、观察者间的相对运动没有(选填“有” 或“没有”)关系。