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学案2经典时空观与相对论时空观[学习目标定位]1.了解伽利略相对性原理，知道时空观与参考系的联系.2.了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因.3.了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响．1．时间：两个之间的间隔，经典力学认为时间是的，与外界事物无关．2．参考系用来选做参考的、假定不动的物体，在经典力学中，凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系．时刻绝对3．伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是的，或者说，一切惯性系都是的．4．经典时空观认为，时间和空间是彼此，互不关联，且不受或影响的某种东西．根据经典时空观，可得经典力学的几个具体结论：的绝对性、的绝对性和的绝对性．5．狭义相对论的两个基本假设(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．这个假设通常叫做相对性原理．(2)不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．相同等效独立物质运动同时时间间隔空间距离6．狭义相对论的几个结论：(1)的相对性．(2)运动的时钟．(3)运动的尺子．(4)物体质量随速度的增加而.“同时”变慢缩短增大一、经典时空观1．惯性参考系与非惯性参考系(1)惯性参考系：凡是成立的参考系称为惯性参考系．(2)非惯性参考系：凡是牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系．(3)所有相对于惯性系或做的参考系都是惯性系．相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系．牛顿运动定律静止匀速直线运动2．伽利略相对性原理对于所有的惯性系，都是相同的．或者说，一切惯性系都是的．3．经典时空观(绝对时空观)(1)绝对时空观：经典力学的时空观．观点：绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界．绝对空间就其本质而言是与任何无关的，它从不运动，并且永远．(2)由绝对时空观得到的结论①同时的在一个参考系中的观察者在某一时刻观测到两个事件，对另一参考系中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观察者做匀速直线运动的状态无关．力学规律等效无关外界事物不变绝对性②时间间隔的任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系(或观察者)的运动无关．③空间距离的如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．绝对性绝对性二、相对论时空观1．狭义相对论的两条基本假设(1)两条基本假设的内容①相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切都是相同的．②光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都．(2)对两条基本假设的理解①物体的位移、速度以及电场强度、磁感应强度等物理量有可能因为所选惯性参考系的不同而不同，但是它们所遵从的物理规律却是相同的．也就是说，在一切惯性参考系中物理规律的数学形式完全相同．物理规律相同②此假设与绝对时空观是矛盾的．爱因斯坦由此提出了新的时空观，即时间不能绝对定义，时间与速度有关．爱因斯坦的两条基本假设只涉及无加速运动的惯性系，由此建立的相对论通常叫做狭义相对论．2．狭义相对论的几个结论(1)“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是的．(2)运动的时钟变慢：时钟相对于观察者时，走得快；相对于观察者时，走得慢．运动速度越快，效果越明显．(3)运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者时，它的长度测量值最大；相对于观察者时，观察者在方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩的越．(4)物体质量随速度的而增大．不同时静止运动静止运动运动短增加例1如图1所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m＝5kg的小球，正随车厢一起以20m/s的速度匀速前进．现给小球施加一个与车厢运动方向相同的F＝5N的拉力，求经过10s时，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？图1解析匀速运动的车厢和地面都是惯性系．对车厢里的观察者：小球的初速度：v0＝0，加速度a＝Fm＝1m/s2，10s时速度：v1＝at＝10m/s.对地面上的观察者：解法一小球初速度v0′＝20m/s，加速度相同：a＝Fm＝1m/s2，10s时速度：v2＝v0′＋at＝30m/s.解法二根据速度合成法则，v2＝v1＋v0′＝(10＋20)m/s＝30m/s.答案10m/s30m/s例2(单选)如图2所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断解析列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，观察者看到C先被照亮，故只有C正确．C图2例3(单选)如图3所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC.对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是()A．时钟A走得最慢B．时钟B走得最慢C．时钟C走得最慢D．时钟C走得最快解析根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢．C图31．(单选)1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是()A．同时的绝对性和同时的相对性B．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D．相对性原理与光速不变原理D2．(双选)设某人在速度为0.5c的航天飞机上，打开一个光源，则下列说法正确的是()A．航天飞机正前方的观察者看到这一光速为1.5cB．航天飞机正后方的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直航天飞机前进方向的地面上的观察者看到这一光速为cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是cCD解析根据光速不变原理可知光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．故C、D正确．3．(单选)在一个惯性系中观测到的两个同时同地发生的事件，在其他惯性系观测()A．一定同时B．同地不同时C．不一定同地D．同时不同地A4．(单选)惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)．从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是()解析根据相对性原理，当正方形沿x方向以接近光速匀速飞行时，在运动方向上会出现长度缩短，而在垂直于运动方向上则不会出现长度缩短，故选项C正确．C