202X學年高中物理第6章相對論與天體物理第1講牛頓眼中的世界愛因斯坦眼中的世界課件魯科版選修3_4

1、第6章第1講牛頓眼中的世界愛因斯坦眼中的世界目標定位1.知道經典力學的相對性原理，知道狹義相對論的實驗根底和它的兩個根本假設.2.知道狹義相對論的幾個主要結論.3.了解絕對時空觀與相對論時空觀的主要區(qū)別，體會相對論的建立對人類認識世界的影響.4.知道相對論速度變換公式1 預習導學 梳理識記點撥 2 課堂講義 理解深化探究3對點練習 鞏固應用反饋欄目索引 CONTENTS PAGE 一、牛頓眼中的世界1經典力學的相對性原理(1)經典力學的相對性原理： 規(guī)律在任何 系中都是一樣的(2)慣性系：處于 或直線運動狀態(tài)的物體力學慣性靜止勻速2絕對時空觀(1)絕對時空觀：時間和空間是 的(2)絕對時間：“

2、同時是絕對的，時間也是絕對的，時間永遠均勻地流逝著，與物質 關，與運動 關(3)絕對空間：宇宙中存在一個絕對靜止的 參考系，力學規(guī)律首先應當能在這個參考系中準確地陳述，這個絕對靜止的慣性系與時間 關，永恒不變，它可以脫離物質獨立存在無無慣性無絕對二、愛因斯坦眼中的世界1狹義相對論的兩條根本原理(1)狹義相對性原理： 規(guī)律(力學、電磁學、光學等)對于所有 系都具有一樣的形式(2)光速不變原理：在任何 系中，光在真空中的速度恒為 ，與光源的運動和觀測者的運動 關物理慣性慣性無c2狹義相對論中的時間與空間(1)同時是相對的狹義相對論中的“同時不再具有絕對的意義，不同慣性參考系的觀察者對兩個事件是否“

3、同時發(fā)生的答復可能是不同的，這與觀察者所在參考系的運動 ，即“同時是 的有關相對時間延緩效應同一個物理過程，乘客測得時間為t，站臺上的觀察者測得的時間為t，那么t與t的關系為：t(2)長度是相對的在狹義相對論時空觀中，長度也與觀察者的運動狀態(tài)有關長度縮短效應地面觀察者測得的長度為l，相對觀察者靜止時測得的長度為l0，那么ll03相對論的速度疊加狹義相對論的速度疊加公式為uu是物體相對靜止參考系的速度，v是運動參考系相對靜止參考系的速度，u是物體相對運動參考系的速度一、對狹義相對論的理解1各物理量有可能因為所選擇參考系的不同而不同，但是它們遵從的物理規(guī)律是一樣的2光速不變原理強調真空中的光速不變

4、，與光源、觀察者間的相對運動沒有關系3狹義相對論中的“同時相對性、運動的時鐘變慢、長度的收縮等效應只有在高速運動的情況下才會有明顯的觀測結果，在低速世界(vc)中這些效應可以忽略例1 如圖1所示，考慮幾個問題：圖1(1)如下圖，參考系O相對于參考系O靜止時，人看到的光速應是多少？(2)參考系O相對于參考系O以速度v向右運動，人看到的光速應是多少？(3)參考系O相對于參考系O以速度v向左運動，人看到的光速又是多少？解析根據(jù)狹義相對論理論，光速是不變的，都應是c.答案(1)c(2)c(3)c二、時間和空間的相對性 相對事件發(fā)生地或物體靜止的參考系中觀察相對事件發(fā)生地或物體運動的參考系中觀察同時的相

5、對性事件同時但不同地點發(fā)生事件不同時發(fā)生時間間隔的相對性兩個事件發(fā)生的時間間隔為t兩事件發(fā)生的時間間隔變長t長度的相對性桿的長度為l0若參考系沿桿的方向運動，觀察到的桿的長度減小為ll0例2 如圖2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，當鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是()A同時被照亮 BA先被照亮CC先被照亮 D無法判斷圖2解析因列車沿AC方向接近光速行駛，根據(jù)“同時的相對性，即前邊的事件先發(fā)生，后邊的事件后發(fā)生可知C先被照亮答案C例3 在一飛船上測得飛船的長度為100 m，高度為10 m當飛船以0.6c的速度

6、從你身邊經過時，按你的測量，飛船有多高、多長？解析因為長度收縮只發(fā)生在運動的方向上，與運動垂直的方向上沒有這種效應，故測得的飛船的高度仍為原高度10 m設飛船原長為l0，觀測到飛船的長度為l，那么根據(jù)尺縮效應有l(wèi)l0 100 m80 m.所以測量的飛船的高度和長度分別為10 m、80 m.答案測量的飛船的高度和長度分別為10 m、80 m.三、對相對論速度變換公式的理解設參考系相對地面的運動速度為v，參考系中的物體以速度u沿參考系運動的方向相對參考系運動，那么物體相對地面的速度u .1當物體運動方向與參考系相對地面的運動方向相反時，公式中的u取負值2假設物體運動方向與參考系運動方向不共線，此式

7、不可用3由公式可知：u一定比uv小，但當u和v都比c小得多時，可認為uuv，這就是低速下的近似，即經典力學中的速度疊加4當uvc時，uc，證明了光速是速度的極限，也反證了光速不變原理例4 一粒子以0.05c的速率相對實驗室參考系運動此粒子衰變時發(fā)射一個電子，電子相對于粒子的速度為0.8c，電子的衰變方向與粒子運動方向一樣求電子相對于實驗室參考系的速度解析v0.05c，u0.8c.由相對論速度疊加公式得答案0.817c對狹義相對論的理解1關于狹義相對論，以下說法不正確的選項是()A狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是一樣的B狹義相對論認為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等于c，

8、與光源的運動無關C狹義相對論只涉及無加速度運動的慣性系D狹義相對論任何情況下都適用解析根據(jù)狹義相對論的根本假設可知，選項A、B正確；狹義相對論只涉及慣性參考系，不涉及非慣性參考系，選項D錯誤，選項C正確答案D2如圖3所示，A、B、C是三個完全一樣的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在以速度vB和vC朝同一方向飛行的兩枚火箭上，且vBvC.地面上的觀察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個時鐘走得最快？時間和空間的相對性r圖3解析地面上的觀察者認為C鐘走得最慢，因為它相對于觀察者的速度最大根據(jù)公式t 可知，相對于觀察者的速度v越大，其上的時間進程越慢；由t 知tt，故地面上的鐘走得最快答案火箭C上的時鐘走得最慢，地面上的鐘走得最快3長度測量與被測物體相對于觀察者的運動有關，物體在運動方向長度縮短了一艘宇宙飛船的船身長度為L090 m，相對地面以u0.8c的速度在一觀測站的上空飛過(1)觀測站測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是多少？答案2.25107 s(2)宇航員測得船身通過觀測站的時間間隔是多少？答案3.75107 s4一高能加速器沿相反方向射出兩個質點，速度均為0.6c，那么它們的相對速度是多少