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1相对论的诞生2时间和空间的相对性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．知道狭义相对论的几个主要结论．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.1．2．3．(1)惯性系：_________定律能够成立的参考系．相对一个惯性系做_________运动的另一个参考系也是惯性系．(2)伽利略相对性原理：_____规律在任何_____系中都是相同的．(1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是_______．一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设经典的相对性原理狭义相对论的两个基本假设牛顿运动匀速直线力学惯性一样的(2)两个基本假设狭义相对性原理在不同的_____参考系中，一切_____规律都是相同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_____的物理相同(1)经典的时空观：在同一个惯性系1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．也是同时二、时间和空间的相对性“同时”的相对性惯性(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．(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．相对不一定是同时“长度”的相对性相对运动(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＝___________．相对静止l01－vc2(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．时间间隔的相对性相同不同设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．绝对运动状态没有惯性系和非惯性系：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．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．相对性原理与电磁规律：根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量，但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的．迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的．一、经典的相对性原理与狭义相对性原理(1)实验背景：根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度，并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是c”，这本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于某个具体事物的结论．于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系S是正确的，另外还有一个参考系S′，S′相对于S以速度v运动，那么光相对于S′的速度应该是(c－v)而不是c，好像电磁规律不是对任何惯性系都一样．(2)实验结论：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．迈克耳孙—莫雷实验二、怎样理解“动尺变短”和“动钟变慢”怎样理解“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式：l＝l01－vc2中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度．还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度．怎样理解“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt＝Δτ1－vc2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运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时时间隔．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．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．思考与讨论(教材P96)点拨如果是船上的观察者，他与船相对静止，故看到桅杆上掉下来的物体沿直线运动；如果是地面上的观察者，船相对于观察者有水平方向的速度，即桅杆上掉下来的物体相对于观察者也有水平方向的初速度，物体下落后受重力，故看到物体沿抛物线运动；分别以船和地面为参考系研究问题时，用到了相对运动的知识，它们在两个参考系都是正确的，因为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．教材资料分析思考与讨论(教材P99)点拨在运动的火车里，观察者认为沿着运动方向位置靠前一些的事件A先发生．这是因为运动的火车L也是一个惯性系，闪光向左、向右传的速度对火车L也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，火车K相对于火车L向右运动了一段距离，所以向右的光传播的路程长些，到达右壁(事件B)的时刻也就晚些.如图15－1、2－1所示，考虑几个问题：【典例1】狭义相对论的简单应用图15－1、2－1(1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(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，人看到的光速又是多少？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借题发挥狭义相对论的光速不变原理，光速对任何参考系都是相同．飞船在高空以110c的速度向目标飞行，从飞船上向目标方向发射一个光信号，则在地面的观察者看来光信号的速度是1.1c吗？【变式1】答案在地面的观察者看来光信号的速度为c，不是1.1c解析由经典力学的相对性原理可知，光信号相对地面的速度v＝c＋110c＝1.1c，但这一结论是错误的．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的，这一结论已被迈克尔孙——莫雷实验所证实．如图15－1、2－2所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度vB和vC朝同一方向飞行的两枚火箭上，且vB＜vC.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？时间和空间相对性【典例2】图15-1、2－2答案火箭C上的时钟走得最慢，地面上的钟走得最快解析如图所示，地面上的观察者认为C钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大．根据公式Δt＝Δτ1－vc2可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢；由Δt＝Δτ1－v2c2知ΔτΔt，故地面上的钟走得最快．长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了．一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90m，相对地面以u＝0.8c的速度在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？(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？【变式2】解析(1)观测站测得船身的长度为L＝L01－u2c2＝901－0.82m＝54m，通过观测站的时间间隔为Δτ＝Lu＝540.8c＝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为Δτ＝L0u＝900.8c＝3.75×10－7(s)．答案(1)2.25×10－7s(2)3.75×10－7s