6.1-6.3 牛顿力学中运动的相对性 狭义相对论的两个基本假设 时间、长度的相对性课件 教科版选修

高中物理·选修3-4·教科版第六章相对论6.1-6.3牛顿力学中运动的相对性狭义相对论的两个基本假设时间、长度的相对性[目标定位]1.了解牛顿力学中运动的相对性.2.了解伽利略相对性原理及其速度变换公式.3.了解狭义相对论的两个基本假设.4.了解狭义相对论的几个主要结论.5.了解经典时空观与相对论时空观的重要区别．一、牛顿力学中运动的相对性1．伽利略相对性原理在任何参考系中，＿＿＿的规律都是一样的，都可以用牛顿定律来描述．预习导学惯性力学2．经典时空观(1)时间：反映物质运动过程的、久暂，常用年、月、日、时、分、秒等作为量度单位．(2)空间：代表物体的尺寸、大小，物体之间的等，常用光年、千米、米、毫米、微米、纳米等作为量度单位．(3)时间和空间是相互、互不相关的．预习导学长短距离独立3．伽利略速度变换公式若车厢相对地面以u向前行驶，车厢内人相对车厢以速率v′向前跑，则人对地面的速率为v＝；若人向车后跑时，相对地面的速率为v＝.预习导学u＋v′u－v′二、狭义相对论的两个基本假设1．爱因斯坦相对性原理对不同的惯性系，(包括的和的)都是一样的．2．光速不变原理光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是的．预习导学物理规律力学电磁相同三、时间、长度的相对性1．同时的相对性(1)经典物理学认为：时间的测量与参考系，即时间测量是的．(2)狭义相对论的时空观认为：在一个参考系中同时发生的两件事，在另一参考系中发生，这就是同时的相对性．预习导学无关绝对不同时预习导学2．运动时钟的变慢(1)定量计算设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ0，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为τ，则τ＝≥τ0，u是相对运动的观察者的速率．τ01－u2c2(2)定性描述同样的两件事，在它们发生于的参考系内所经历的时间最短；在其他参考系内观测，这段时间要些．这一现象称为时间的相对性，也称为“动钟变慢”．预习导学同一地点长预习导学3．长度的相对性(1)定量计算如果与棒相对静止的人认为棒长为l0，以速率u与棒相对运动的人认为棒长为l，则l＝.(2)定性描述一根棒在时的长度总要比它时的长度小(1－u2c2＜1)．这一现象称为相对论长度收缩或洛伦兹收缩，也常通俗地称为“动棒”．l01－u2c2运动静止缩短4．相对论时空观(1)时间和空间的量度都与物体的有关，是的．运动棒的长度的测量建立在必须进行观测的基础上，说明时间和空间的量度又是相互的．(2)经典时空观是相对论时空观的特殊表现.预习导学运动相对同时紧密联系课堂讲义一、对狭义相对论的理解1．各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们遵从的物理规律是相同的．2．光速不变原理强调真空中的光速不变，与光源、观察者间的相对运动没有关系．课堂讲义【例1】关于狭义相对论，下列说法不正确的是()A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D．狭义相对论任何情况下都适用解析由狭义相对论原理可知D错误．答案D课堂讲义针对训练如图6－1－1所示，考虑几个问题：图6－1－1课堂讲义(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课堂讲义二、时间和长度的相对性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．τ＝τ01－u2c2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为l＝l01－u2c2课堂讲义【例2】如图6－1－2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，列车上的观测者测得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．无法判断图6－1－2课堂讲义解析因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮．答案C课堂讲义【例3】在一飞船上测得飞船的长度为100m，高度为10m．当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？解析因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10m．设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则根据尺缩效应有l＝l01－vc2＝100×1－0.60cc2m＝80m.所以观测到飞船的高度和长度分别为10m、80m.答案观测到飞船的高度和长度分别为10m、80m.