2022版高中物理第十五章1相對論的誕生2時間和空間的相對性課件新人教版選修3-4

第十五章相對論簡介1相對論的誕生2時間和空間的相對性[學習目標]1.知道經(jīng)典的相對性原理,知道狹義相對論的實驗根底和它的兩個根本假設;2.知道狹義相對論的幾個主要結論;3.了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主要區(qū)別,體會相對論的建立對人類認識世界的影響.課前預習

感悟新知教材探究知識點一相對論的誕生[問題導學]在一艘大船密閉的船艙里,你能否通過觀察自由釋放的小球的運動判斷大船是靜止還是勻速行駛?答案:不能.因為不管大船是靜止,還是勻速行駛,觀察到小球的運動都是一樣的,都落在釋放點的正下方.[知識梳理](1)慣性系:運動的另一個參考系也是慣性系.(2)相對性原理:力學規(guī)律在任何_________內進展的任何力學實驗都不能判斷這個慣性系是否相對于另一個慣性系做勻速直線運動;或者說,任何都是平權的.2.狹義相對論的兩個根本假設(1)狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是一樣的.(2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是一樣的.牛頓運動勻速直線慣性系慣性參考系慣性參考系知識點二時間和空間的相對性[問題導學](1)如下圖,假設桿MN沿著車廂的運動方向固定在火車上,且與火車一起運動,火車上的人測得桿的長度與地面上的人測得桿的長度一樣嗎?答案:(1)不同.(2)某人在這列火車上拍了兩下桌子,火車上的人觀測的兩次拍桌子的時間間隔與地面上的人觀測的時間間隔一樣嗎?答案:(2)不同.

[知識梳理]1.“同時〞的相對性(1)經(jīng)典的時空觀:在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系中觀察是同時的.(2)相對論的時空觀:“同時〞具有相對性,即在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系中觀察是同時的.2.長度的相對性(尺縮效應)(1)經(jīng)典的時空觀:一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做而不同.一定不一定相對運動(2)相對論的時空觀:“長度〞具有相對性.一條沿自身長度方向運動的桿,其長度總比時的長度小,但在垂直于運動方向上,桿的長度沒有變化.設桿靜止時長度為l0,桿沿自身長度方向運動速度為v,那么它這樣運動時的長度l與l0和v的關系是l=.3.時間間隔的相對性(1)經(jīng)典的時空觀:某兩個事件,在不同的慣性參考系中觀察,它們的時間間隔總是的.桿靜止一樣不同4.相對論的時空觀(1)經(jīng)典時空觀:空間和時間是脫離物質而存在的,是絕對的,空間與時間之間也是沒有聯(lián)系的.(2)相對論時空觀那么認為空間和時間與物質的有關,是相對的.運動狀態(tài)思考判斷1.牛頓運動定律在任何情況下都成立.()2.狹義相對論的兩個根本假設僅僅是猜測而已,沒有任何依據(jù).()3.相對性原理能簡單而自然地解釋電磁學的問題.()4.邁克耳孫—莫雷實驗得出的結果是:不管光源與觀察者做怎樣的相對運動,光速都是一樣的.()5.狹義相對論認為:長度也具有相對性,在垂直于運動方向上,桿的長度發(fā)生尺縮效應.()6.狹義相對論認為:某兩個事件在不同的慣性參考系中觀察,它們的時間間隔一樣.()×××√××要點一經(jīng)典的相對性原理與狹義相對論課堂探究突破要點1.慣性系和非慣性系:牛頓運動定律能夠成立的參考系為慣性系,相對于這個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系.牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系.2.伽利略相對性原理:力學規(guī)律在任何慣性系中都是一樣的.3.相對性原理與電磁規(guī)律(1)根據(jù)麥克斯韋的電磁理論,真空中的光速在任何慣性系中都是一個常量,但是按照伽利略的相對性原理,在不同慣性系中的光速應是各不相同的.(2)邁克耳孫—莫雷實驗證明:不管光源與觀察者做怎樣的相對運動,光速都是一樣的.4.愛因斯坦狹義相對論的兩個根本假設(1)在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是一樣的.(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是一樣的.[例1](多項選擇)下面關于伽利略相對性原理的說法中正確的選項是()CD解析:伽利略相對性原理是指力學規(guī)律在任何慣性參考系中都是一樣的.這里的參考系是有條件的,即必須是慣性參考系.非慣性參考系是不適合的,而慣性參考系并不僅指靜止的參考系,相對于一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系,所以選項A,B錯誤,C,D正確.CD解析:根據(jù)狹義相對論的根本假設——光速不變原理可知火箭上發(fā)出的光相對于火箭的速度為c,相對于地面的速度也為c,因此C,D正確,A,B錯誤.要點二時間和空間的相對性1.幾個主要結論2.幾個結論的理解要點(1)時間間隔、長度的變化,都是由于物質的相對運動引起的一種觀測效應,它與所選取的參考系有關,物質本身的構造并沒有變化.(2)兩個事件的時間間隔和物體的長度,必須與所選取的參考系相聯(lián)系,如果在沒有選取參考系的情況下討論時間的長短及空間的尺寸,是沒有任何意義的.[例2]如下圖,某車沿水平方向高速行駛,車廂中央的光源發(fā)出一個閃光,閃光照到了車廂的前、后壁,那么地面上的觀察者認為該閃光(選填“先到達前壁〞“先到達后壁〞或“同時到達前、后壁〞),同時他觀察到車廂的長度比靜止時變(選填“長〞或“短〞)了.

思路探究:地面上的觀察者認為地面是一個慣性系,閃光向前、后傳播的速度相對地面是一樣的,但是在閃光飛向兩壁的過程中,車廂向前行進了一段距離,所以向前的光傳播的路程長些,到達前壁的時間也就晚些,即地面上的觀察者認為該閃光先到達后壁.根據(jù)長度的相對性可知:一條沿自身長度方向運動的桿,其長度總比桿靜止時的長度小.故可以得出觀察者觀察到車廂的長度比靜止時變短了.答案:先到達后壁短規(guī)律方法應用相對論“效應〞解題的一般步驟(1)通過審題確定研究對象及研究對象的運動速度.(2)明確求解的問題,即明確是求解靜止參考系中的觀測結果,還是運動參考系中的觀測結果.(3)應用“尺縮效應公式〞或“時間延緩效應公式〞進展計算.C[針對訓練2]如下圖,沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A,B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛,當鐵塔B發(fā)出一個閃光,列車上的觀測者測得A,C兩鐵塔被照亮的順序是()A.同時被照亮 先被照亮先被照亮 D.無法判斷解析:因列車沿AC方向接近光速行駛,根據(jù)“同時〞的相對性,即前邊的事件先發(fā)生,后邊的事件后發(fā)生可知C先被照亮.隨堂演練檢測效果1.根據(jù)狹義相對論,以下說法正確的選項是()A.在不同的慣性系中,真空中光速不變B.在不同的慣性系中,物理規(guī)律具有不同的形式C.“同時〞具有絕對意義D.物體的長度是絕對的A解析:在不同的慣性系中,真空中的光速不變,一切物理規(guī)律都具有一樣的形式,選項A正確,B錯誤;“同時〞是相對的,物體的長度也是相對的,選項C,D錯誤.2.以下說法中正確的選項是()A.研究鉛球的運動,可以用牛頓運動定律和運動學公式B.研究電子的運動可用牛頓運動定律和運動學公式C.研究塵埃運動要用狹義相對性原理,研究電子運動可用牛頓運動定律D.研究鉛球和電子的運動都要用牛頓運動定律A解析:以牛頓運動定律為根底的經(jīng)典物理學處理低速、宏觀物體的運動是相當完美的,但對于高速、微觀的運動就無能為力了.塵埃和鉛球的運動可以用牛頓運動定律來解決,電子的運動那么不能用牛頓運動定律來解決,而要用狹義相對性原理來解決.那么A正確,B,C,D錯誤.3.(