人教版高中物理课件-相对论的诞生
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速度v沿光傳播的方向相對參考系O運動,那麼在O'中觀測到的光速
就應該是c-v,如果參考系O'逆著光的傳播方向運動,在參考系O'中
觀測到的光速就應該是c+v。
-6-
1.相对论的诞生
一
二
目标导航
Z 知识梳理 Z重难聚焦
HISHISHULI
HONGNANJUJIAO
D典例速度比光速小得多,c+v和c-v與光速c的差別
2.非慣性系:牛頓定律不能成立的參考系稱為非慣性參考系。例
如:我們坐在加速的車廂裏,以車廂為參考系觀察路邊的樹木、房
屋向後方加速運動,根據牛頓第二定律,房屋和樹木應該受到不為
零的合力作用,但事實上沒有,也就是牛頓定律不成立,這裏的加速
車廂就是非慣性參考系。
-5-
1.相对论的诞生
一
二
目标导航
Z 知识梳理 Z重难聚焦
而狹義相對性原理指的是物理規律(不論是力學規律還是電磁規
律)在所有慣性系中都是相同的,因此各個慣性系都是等價的,不存
在特殊的絕對的慣性系。因此狹義相對性原理所指範圍更大,內容
更豐富。
-8-
1.相对论的诞生
類型一
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Z 知识梳理 Z重难聚焦
HISHISHULI
HONGNANJUJIAO
D典例透析
定律,之所以觀察的結果不同,是因為選擇了不同的參考系。
-10-
1.相对论的诞生
類型一
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HONGNANJUJIAO
D典例透析
IANLITOUXI
類型二
光速不變原理
【例2】 考慮幾個問題:
(1)如圖所示,參考系O'相對於參考系O靜止時,人觀測到的光速應
對地面上的觀察者:物體的初速度v0=20 m/s,
加速度为 a=
5
= m/s2=1 m/s2
5
經歷10 s的時間,速度為
v=v0+at=20 m/s+10 m/s=30 m/s。
答案:10 m/s 30 m/s
題後反思地面上的觀察者看到的速度也可以用速度的合成求
解:v=v0+v1=30 m/s。兩個觀察者的結果雖然不同,但都使用了牛頓
結論。
解析:根據速度合成法則,第一種情況人觀測到的光速應是c,第二
種情況應是c+v,第三種情況應是c-v,而根據狹義相對論理論,光速
是不變的,都應是c。
答案:三種情況都是c
題後反思邁克耳孫—莫雷實驗證明了光速在任何慣性參考系中
的速度是不變的,對於高速物體,伽利略速度合成法則不再適用。
-12-
第十五章
相對論簡介
-1-
1.相對論的誕生
-2-
1.相对论的诞生
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D典例透析
IANLITOUXI
1.瞭解經典相對性原理:力學規律在任何慣性系中都是相同的。
2.知道經典相對性原理與電磁規律的矛盾。
3.知道狹義相對論的兩個基本假設。
或“沒有”)關係。
-4-
1.相对论的诞生
一
二
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D典例透析
IANLITOUXI
三
一、對慣性系和非慣性系的認識
1.慣性系:牛頓運動定律能夠成立的參考系稱為慣性參考系。相
對於這個參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性參考系。
力學規律。
-9-
1.相对论的诞生
類型一
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D典例透析
IANLITOUXI
類型二
解析:對車上的觀察者:物體的初速度為0,加速度為
a=
5
= m/s2=1 m/s2
5
經歷10 s的時間,速度為
v=at=1×10 m/s=10 m/s
-3-
1.相对论的诞生
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D典例透析
IANLITOUXI
1.經典相對性原理
表述一:力學規律在任何慣性系中都是相同的。這個論述叫作伽
利略相對性原理。
表述二:在一個慣性參考系內進行的任何力學實驗都不能判斷這
個慣性系是否相對於另一個慣性系做勻速直線運動。
IANLITOUXI
類型二
慣性參考系和非慣性參考系
【例1】如圖所示,在列車車廂裏的光滑水平面上有一個品質為
m=5 kg的小球,正隨車一起以20 m/s的速度勻速前進,現給小球一個
水準向前的F=5 N的拉力作用,求經歷10 s時,車廂裏的觀察者和地
面上的觀察者看到的小球的速度分別是多少?
點撥:由於本題中車廂和地面都屬於慣性系,因此都遵循相同的
地球在宇宙中運動的速度很大,希望它對光速能有較大的影響。但
是,這個實驗和其他實驗表明,不論光源和觀察者做怎樣的相對運
動,光速都是相同的。這些否定的結果使當時的物理學家感到震驚,
因為它和傳統的觀念,例如速度合成的法則,是矛盾的。
在這樣的背景下愛因斯坦建立了狹義相對論的兩個基本假設。
-7-
1.相对论的诞生
一
二
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D典例透析
IANLITOUXI
三
三、經典相對性原理與狹義相對性原理的區別
經典相對性原理指的是力學現象對一切慣性系來說,都遵從同樣
的規律。或者說,在研究力學規律時,一切慣性系都是等價的、平
權的。因此無法借助力學實驗的手段確定慣性系自身的運動狀態。
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D典例透析
IANLITOUXI
三
二、麥克斯韋電磁理論中電磁波的速度是相對哪個參考系的呢
自從麥克斯韋預言了光的電磁本質以及電磁波的速度以後,物理
學家們就在思考,這個速度是相對哪一個參考系說的?如果存在一
個特殊的參考系O,光對這個參考系的速度是c,另一個參考系O'以
很小,在19世紀的技術條件下很難直接測量,於是物理學家們設計
了許多巧妙的實驗,力圖測出不同參考系中光速的差別。最著名的
一個實驗是美籍物理學家邁克耳孫設計的。他把一束光分成互相
垂直的兩束,一束的傳播方向和地球運動的方向一致,另一束和地
球運動的方向垂直,然後使它們發生干涉,如果不同方向上的光速
有微小的差別,當兩束光互相置換時干涉條紋就會發生變化。由於
表述三:任何慣性參考系都是平權的。
2.相對性原理與電磁規律
伽利略的速度合成原理與電磁波的速度產生了矛盾。
3.狹義相對論的兩個基本假設
(1)狹義相對論原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規律都是
相同的。
(2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同
的。也就是說,光速與光源、觀察者間的相對運動沒有(選填“有”
是多少?
(2)參考系O'相對於參考系O以速度v向右運動,人觀測到的光速
應是多少?
(3)參考系O'相對於參考系O以速度v向左運動,人觀測到的光速
又是多少?
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類型一
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類型二
點撥:根據狹義相對論的光速不變原理分析本題,即可得出正確
就應該是c-v,如果參考系O'逆著光的傳播方向運動,在參考系O'中
觀測到的光速就應該是c+v。
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D典例速度比光速小得多,c+v和c-v與光速c的差別
2.非慣性系:牛頓定律不能成立的參考系稱為非慣性參考系。例
如:我們坐在加速的車廂裏,以車廂為參考系觀察路邊的樹木、房
屋向後方加速運動,根據牛頓第二定律,房屋和樹木應該受到不為
零的合力作用,但事實上沒有,也就是牛頓定律不成立,這裏的加速
車廂就是非慣性參考系。
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而狹義相對性原理指的是物理規律(不論是力學規律還是電磁規
律)在所有慣性系中都是相同的,因此各個慣性系都是等價的,不存
在特殊的絕對的慣性系。因此狹義相對性原理所指範圍更大,內容
更豐富。
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光速不變原理
【例2】 考慮幾個問題:
(1)如圖所示,參考系O'相對於參考系O靜止時,人觀測到的光速應
對地面上的觀察者:物體的初速度v0=20 m/s,
加速度为 a=
5
= m/s2=1 m/s2
5
經歷10 s的時間,速度為
v=v0+at=20 m/s+10 m/s=30 m/s。
答案:10 m/s 30 m/s
題後反思地面上的觀察者看到的速度也可以用速度的合成求
解:v=v0+v1=30 m/s。兩個觀察者的結果雖然不同,但都使用了牛頓
結論。
解析:根據速度合成法則,第一種情況人觀測到的光速應是c,第二
種情況應是c+v,第三種情況應是c-v,而根據狹義相對論理論,光速
是不變的,都應是c。
答案:三種情況都是c
題後反思邁克耳孫—莫雷實驗證明了光速在任何慣性參考系中
的速度是不變的,對於高速物體,伽利略速度合成法則不再適用。
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2.知道經典相對性原理與電磁規律的矛盾。
3.知道狹義相對論的兩個基本假設。
或“沒有”)關係。
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三
一、對慣性系和非慣性系的認識
1.慣性系:牛頓運動定律能夠成立的參考系稱為慣性參考系。相
對於這個參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性參考系。
力學規律。
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類型二
解析:對車上的觀察者:物體的初速度為0,加速度為
a=
5
= m/s2=1 m/s2
5
經歷10 s的時間,速度為
v=at=1×10 m/s=10 m/s
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1.經典相對性原理
表述一:力學規律在任何慣性系中都是相同的。這個論述叫作伽
利略相對性原理。
表述二:在一個慣性參考系內進行的任何力學實驗都不能判斷這
個慣性系是否相對於另一個慣性系做勻速直線運動。
IANLITOUXI
類型二
慣性參考系和非慣性參考系
【例1】如圖所示,在列車車廂裏的光滑水平面上有一個品質為
m=5 kg的小球,正隨車一起以20 m/s的速度勻速前進,現給小球一個
水準向前的F=5 N的拉力作用,求經歷10 s時,車廂裏的觀察者和地
面上的觀察者看到的小球的速度分別是多少?
點撥:由於本題中車廂和地面都屬於慣性系,因此都遵循相同的
地球在宇宙中運動的速度很大,希望它對光速能有較大的影響。但
是,這個實驗和其他實驗表明,不論光源和觀察者做怎樣的相對運
動,光速都是相同的。這些否定的結果使當時的物理學家感到震驚,
因為它和傳統的觀念,例如速度合成的法則,是矛盾的。
在這樣的背景下愛因斯坦建立了狹義相對論的兩個基本假設。
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三
三、經典相對性原理與狹義相對性原理的區別
經典相對性原理指的是力學現象對一切慣性系來說,都遵從同樣
的規律。或者說,在研究力學規律時,一切慣性系都是等價的、平
權的。因此無法借助力學實驗的手段確定慣性系自身的運動狀態。
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三
二、麥克斯韋電磁理論中電磁波的速度是相對哪個參考系的呢
自從麥克斯韋預言了光的電磁本質以及電磁波的速度以後,物理
學家們就在思考,這個速度是相對哪一個參考系說的?如果存在一
個特殊的參考系O,光對這個參考系的速度是c,另一個參考系O'以
很小,在19世紀的技術條件下很難直接測量,於是物理學家們設計
了許多巧妙的實驗,力圖測出不同參考系中光速的差別。最著名的
一個實驗是美籍物理學家邁克耳孫設計的。他把一束光分成互相
垂直的兩束,一束的傳播方向和地球運動的方向一致,另一束和地
球運動的方向垂直,然後使它們發生干涉,如果不同方向上的光速
有微小的差別,當兩束光互相置換時干涉條紋就會發生變化。由於
表述三:任何慣性參考系都是平權的。
2.相對性原理與電磁規律
伽利略的速度合成原理與電磁波的速度產生了矛盾。
3.狹義相對論的兩個基本假設
(1)狹義相對論原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規律都是
相同的。
(2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同
的。也就是說,光速與光源、觀察者間的相對運動沒有(選填“有”
是多少?
(2)參考系O'相對於參考系O以速度v向右運動,人觀測到的光速
應是多少?
(3)參考系O'相對於參考系O以速度v向左運動,人觀測到的光速
又是多少?
-11-
1.相对论的诞生
類型一
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點撥:根據狹義相對論的光速不變原理分析本題,即可得出正確