狹義相對論的基本原理

5.2狹義相對論的基本原理1.了解狹義相對論的兩條基本公設(shè)。2.由伽利略變換和洛倫茲變換體會經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀和狹義相對論的時(shí)空觀的不同。3.了解同時(shí)的相對性和相對論速度變換公式。學(xué)習(xí)目標(biāo)定位知識儲備區(qū)知識鏈接1.牛頓運(yùn)動

勻速直線知識儲備區(qū)2.相同

不變

3.力學(xué)

4.相對性

不變5.絕對

相對

同時(shí)6.新知呈現(xiàn)學(xué)習(xí)探究區(qū)一、狹義相對論的兩條公設(shè)二、洛倫茲變換、同時(shí)的相對性三、相對論速度變換公式問題設(shè)計(jì)一、狹義相對論的兩條公設(shè)1.在伽利略變換中，時(shí)間和空間是否有關(guān)系，它們與物體的運(yùn)動有無關(guān)系？答案時(shí)間和空間是分離的。時(shí)間尺度和空間尺度跟物體運(yùn)動無關(guān)，都是絕對的。2.面對電磁場理論與經(jīng)典物理學(xué)之間出現(xiàn)的矛盾，愛因斯坦對時(shí)間和空間又是怎樣理解的？答案愛因斯坦認(rèn)為，空間和時(shí)間在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，空間和時(shí)間不是分離的。要點(diǎn)提煉狹義相對論的兩個(gè)基本公設(shè)1.愛因斯坦相對性原理：在所有相互做勻速直線運(yùn)動的慣性參考系中，

都是相同的。2.光速不變原理：在所有相互做勻速直線運(yùn)動的慣性參考系中，光在真空中的速度都是相等的。物理規(guī)律例1考慮以下幾個(gè)問題：圖2(1)如圖2所示，參考系O′相對于參考系O靜止時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？(2)參考系O′相對于參考系O以速度v向右運(yùn)動時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？(3)參考系O′相對于參考系O以速度v向左運(yùn)動時(shí)，人看到的光速又是多少？解析光速不變原理指的是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。故三種情況下人看到的光速都是c。答案(1)c

(2)c

(3)c問題設(shè)計(jì)二、洛倫茲變換、同時(shí)的相對性如圖3所示，一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照亮了車廂的前壁和后壁。車上的人觀察到閃光同時(shí)照亮了前后壁嗎？地上的人怎么認(rèn)為？圖3答案車上的人認(rèn)為閃光同時(shí)照亮了前后壁，地上的人認(rèn)為先照亮后壁。要點(diǎn)提煉1.洛倫茲變換2.同時(shí)的相對性(1)經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為：如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)發(fā)生的，那么在另一個(gè)參考系中觀察也一定是

發(fā)生的。即同時(shí)是絕對的，與所在的慣性參考系

。(2)狹義相對論的時(shí)空觀認(rèn)為：同時(shí)是

的，即在一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中不一定是同時(shí)的，跟觀察者所選取的參考系有關(guān)。同時(shí)無關(guān)相對

延伸思考你能夠在v?c時(shí)，由洛倫茲變換得到伽利略變換嗎？答案當(dāng)v?c時(shí)，公式x＝

中的

很小近似為零，故x＝x′＋vt′；公式t＝

中

也近似為零，則t＝t′。例2如圖4所示，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(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(

)圖4A.同時(shí)被照亮

B.A先被照亮C.C先被照亮 D.無法判斷解析列車上的觀察者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過A和C反射的光，由于列車在這段時(shí)間內(nèi)向C運(yùn)動，靠近C而遠(yuǎn)離A，所以列車上的觀察者看到C先被照亮，故只有C正確。答案C問題設(shè)計(jì)三、相對論速度變換公式一列火車正以v＝50m/s的速度高速行駛，列車內(nèi)一乘客以相對列車u′＝5m/s的速度向前跑，站臺上的觀察者測得該乘客的速度是u＝v＋u′＝55m/s.若列車的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站臺上的觀察者測得該乘客的速度為0.9c＋0.5c＝1.4c嗎？答案不是要點(diǎn)提煉相對論速度變換公式1.公式：設(shè)高速行駛的火車的速度為v，車上的人相對火車以速度u′運(yùn)動，人相對地面的速度為u，則2.結(jié)論：光速c是物體運(yùn)動速度的

，且相對任何參考系，光速都是

的。3.理解：若v?c，u′?c時(shí)，

可忽略不計(jì)，即1±

≈1，相對論速度合成公式可近似變?yōu)閡＝v±u′。極限不變例3地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5×108m/s從他身邊飛過，另一飛船B以速度2.0×108m/s跟隨A飛行。求：(1)A上的乘客看到B的相對速度；解析A上的乘客看地面上的人以－2.5×108m/s向后運(yùn)動.地面上的人看B以2.0×108m/s向前運(yùn)動，則A上的乘客看到B的相對速度為u＝

×108m/s≈－1.125×108m/s。答案－1.125×108m/s(2)B上的乘客看到A的相對速度。解析B上的乘客看到A的相對速度為1.125×108m/s。答案1.125×108m/s課堂要點(diǎn)小結(jié)狹義相對論的基本原理狹義相對論的兩條公設(shè)愛因斯坦相對性原理光速不變原理洛倫茲變換同時(shí)的相對性：“同時(shí)”是相對的，跟觀察者所

選取的參考系有關(guān)相對論速度變換公式：u＝自我檢測區(qū)1231231.通常我們把地球和相對于地面靜止或勻速運(yùn)動的參考系看成慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則其中屬于非慣性系的有(

)A.停在地面上的汽車B.繞地球做勻速圓周運(yùn)動的飛船C.在大海上勻速直線航行的輪船D.以較大速度勻速運(yùn)動的磁懸浮列車解析由慣性系和非慣性系的概念可知選B。B1232.關(guān)于狹義相對論，下列說法不正確的是(

)A.狹義相對論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B.狹義相對論認(rèn)為在一切慣性系中，光在真空中的速度

都等于c，與光源的運(yùn)動無關(guān)C.狹義相對論只涉及無加速度運(yùn)動的慣性系D.狹義相對論任何情況下都適用解析由狹義相對論原理可知D錯(cuò)誤。D1233.設(shè)想有一艘飛船以v＝0.8c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿其運(yùn)動方向拋出一物體，該物體相對于飛船的速度為0.9c，從地面上的人看來，物體的