第十五章第二节时间和空间的相对性

上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介第十五章相对论简介上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介课标领航本章的概念较多，知识很抽象，尤其相对论的全面阐述和有些结论的导出过程都应用了较多的高等数学的知识，因此，本章的许多结论都是直接给出的，同学们只需简单地记住这些结论即可.本章的重点是：相对论的时空观、相对论的速度变换公式和质量公式，以及质能方程.这些知识也将成为今后高考对本章命题的重点；本章难点是这些结论的实际应用.上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练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上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介课标定位学习目标：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．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介重点难点：1.“同时”的相对性和时空相对性的验证．2．长度的相对性和时间间隔的相对性．易错问题：1.把同时的相对性误认为是由两个事件发生点到观察者的距离不同造成的．2．误认为在任何方向上均产生“尺缩效应”．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介一、经典的相对性原理惯性参考系是指可以使_____________成立的参考系．1．力学规律在任何惯性系中都是_______的，这就是伽利略相对性原理，又叫经典的相对性原理.2．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______________或者说，任何惯性参考系都是________的．基础知识梳理牛顿运动定律相同匀速直线运动.平权上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介二、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_____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．三、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___________的．(2)相对论的时空观：“同时”具有______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____________的．相同相同也是同时相对不一定是同时上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介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___________而不同．(2)相对论的时空观：“长度”也具有_____性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比________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l、l0、v的关系是：l＝l01－vc2.相对运动相对静止上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介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______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______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＝Δτ1－vc2.相同不同上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介4．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_____的，空间和时间之间也是______联系的．(2)相对论时空观：空间和时间与物质的________有关．绝对没有运动状态上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介一、两种时空观的主要区别1．实验基础不同我们通过生活经验，通过对周围世界的观察最容易接受的是经典时空观(又叫绝对时空观)，因为经典时空观是以v≪c的低速运动下的实验为基础建立的，而相对论时空观建立在光速不变实验基础上，在高速运动的情形中，相对论效应才会明显，由于缺少高速运动中的生活经验，初学者难以接受．核心要点突破上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介2．对时间、空间与物质的联系性认识不同(1)经典时空观认为时间均匀流逝，与物质无关；空间是物质运动的场所，空间本身不受物质运动状态的影响；同时空间与时间也是没有联系的．总之一句话时间、空间都是绝对的，不同参考系中观察同一物理过程时间是相同的，观察同一物体长度是相同的．(2)相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关，运动物体的长度也跟物体的运动状态有关．换句话说，不同参考系中观察同一物理过程时间可能不同，观察同一物体长度可能不同．空间和时间与物质的运动状态有关．同时，时间和空间也是有联系的.上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介3．经典时空观的价值经典时空观建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实践的检验．虽然相对论时空观更具有普遍性，但是经典时空观在低速运动时所得出的结论与实验事实符合的很好，由于宏观物体的速度不可能接近光速，所以经典时空观仍有存在的价值．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介二、对狭义相对论几个主要结论的理解1．几个主要结论相对事件发生地或物体静止的参考系中观察相对事件发生地或物体运动的参考系中观察同时的相对性事件同时但不同地点发生事件不同时发生时间间隔的相对性两个事件发生的时间间隔为Δτ两事件发生的时间间隔变大．Δt＝Δτ1－vc2长度的相对性杆的长度为l0若参考系沿杆的方向运动，观察到的杆的长度减小，l＝l01－vc2上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介2.几个结论的理解要点(1)时间间隔，长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化．(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介特别提醒以上结论是狭义相对论的必然结论，而狭义相对论的正确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必然发生的现象，是客观存在的事实，绝不是人的主观臆造，之所以人们平常观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运动的世界里．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介设某人在以速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是()A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c课堂互动讲练类型一光速不变原理例1上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介【解析】根据狭义相对论的“光速不变原理”可知，真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，所以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.【答案】CD【易误警示】本题易误选A、B.是因为按经典力学的相对性原理可以得出A、B正确，而这一结论是错误的，与狭义相对论中的光速不变原理相矛盾上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介类型二同时的相对性例2分别站在地面和匀速向前行驶的车厢中点的甲、乙两人，都看到了在车厢前、后壁发生的事件，下列说法正确的是()A．若乙观察两事件是同时的，则甲观察到前壁事件发生的早B．若乙观察两事件是同时的，则甲观察到后壁事件发生的早C．若甲观察两事件是同时的，则乙观察到前壁事件发生的早D．若甲观察两事件是同时的，则乙观察到后壁事件发生的早上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介【解析】乙观察两事件是同时的，即光从前后壁到乙的时间相等，但对甲而言，光从前壁到乙的传播距离变小，用时少，因而认为前壁事件先发生．故A正确，B错．同理甲认为同时，乙一定认为前壁事件发生的晚．故D正确C错．【答案】AD【方法总结】在解决事件的同时性时，光信号的接收点要选在两个事件发生点的中点，然后根据光通过的路程判断先后．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016m，设有一宇宙飞船往返于地球与人马星座α星之间，设宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，往返一次需多长时间？若以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多少？(取1位有效数字)类型三时间间隔的相对性例3上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介【解析】若以地球上的时钟计算：Δt1＝2xv＝2×4.3×10160.999×3×108s＝2.87×108s＝9年．若以飞船上时钟计算：Δt1＝Δt21－vc2有Δt2＝Δt11－vc2＝2.87×108×1－0.9992s＝1.28×107s＝0.4年．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介【答案】9年0.4年【规律总结】狭义相对论的几个结论是这一章的重要内容，在对这些结论或公式用于分析和计算时，要注意理解其中各量的意义，切记不可盲目乱套公式．上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介类型四长度的相对性例4(2010年衡阳模拟)在地面上有一长100m的跑道，运动员从起点跑到终点，用时10s，现从以0.8c的速度沿跑道向前飞行的飞船中观察，跑道有多长？上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介【解析】以地面参考系为S系，飞船参考系为S′系．跑道固定在S系中，其长度为原长l0＝100m，而在S′系中，按长度收缩效应公式，可得l′＝l01－v2c2＝100×1－0.8cc2m＝60m.【答案】60m上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介随堂达标自测上页下页核心要点突破基础知识梳理课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第十五章相对论简介课时活页训练