高中物理5.15.2课件粤教版必修2

3.经典时空观的价值
经典时空观建立在实验的基础上,它的结论又受到无数次实践的检验.虽
然相对论时空观更具有普遍性,但是经典时空观在低速运动时所得出的结论
与实验事实符合得很好,由于宏观物体的速度不可能接近(jiējìn)光速,所以
经典时空观仍有存在的价值.
第九页，共23页。
一
知识(zhī
shi)精要
二
航
预习(yùxí)导
引
一
二
三
二、经典时空观
1.惯性系与非惯性系
(1)惯性系:牛顿运动定律成立的参考系,相对于惯性系静止或做匀速直线运
动的参考系都是惯性系.
(2)非惯性系:牛顿运动定律不成立的参考系,相对于惯性系做
变速运动
的参考系是非惯性系.
2.伽利略相对性原理:对于所有的惯性系,力学规律都是相同的,或者说,一切
地的时间后,B距光源比A距光源近了,根据光速不变原理可知,光到达B所需
的时间比到达A的要短,故B端先落地;至于木杆向哪端倾斜也是相对的,王飞
看来,木杆应该是向右倾斜着落地的.所以,选项C、D是正确的.
答案:CD
第十九页，共23页。
一
知识(zhī shi)
精要
二
第二十页，共23页。
典题例解
迁移
(qiānyí)应
句话,时间、空间都是绝对的,不同参考系中观察同一物理过程时间是相同
的,观察同一物体长度是相同的.
(2)相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关,运动物体
的长度也跟物体的运动状态有关.换句话说,不同参考系中观察同一物理过
程时间可能不同,观察同一物体长度可能不同.空间和时间与物质的运动状
态有关,同时,时间和空间也是有联系的.
原来科学的全盘否定,只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊
情形.
第十二页，共23页。
一
知识(zhī shi)
精要
二
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
二、相对论时空观
1.狭义相对论的两个假设
(1)在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同(xiānɡ tónɡ)的.——爱因
斯坦相对性原理
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同(xiānɡ tónɡ)的.——光速
知识(zhī
shi)精要
二
一
典题例解
迁移
(qiānyí)应
用
(3)对“运动的尺子缩短”的理解
如果匀速直线运动的火车上沿着运动的方向放着一根木杆,坐
在火车上的人测得木杆头尾坐标之差是木杆的长,但地面上的人则
认为他不是同时测得木杆头尾的坐标,由于车在运动、杆在运动,它


们的同时有相对性.经过严格的推导可得 l=l' 1-( )2
不变实验基础上,在高速运动的情形中,相对论效应才会明显,由于缺
少高速运动中的生活经验,相对论时空观不易被接受.
第八页，共23页。
一
知识(zhī
shi)精要
二
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
2.对时间、空间与物质的联系性认识不同
(1)经典时空观认为时间均匀流逝,与物质无关;空间是物质运动的场所,空
间本身不受物质运动状态的影响;同时空间与时间也是没有联系的.总之一
本特征.
(3)建立了以实验和数学相结合的研究方法.
(4)推动了其他学科的发展,与其他学科相结合产生了一些交叉性的
分支学科.
2.经典力学的局限性
(1)经典力学不适用于研究高速运动(接近光速)的物体.
(2)经典力学不适用于微观领域中物质(wùzhì
)结构和能量不连续的
现象.
第三页，共23页。
目标
(mùbiāo)导
第十六页，共23页。
一
知识(zhī shi)
精要
二
典题例解
迁移
(qiānyí)应
用
由于两个参考系相对速度很大,从一个参考系看另一个参考系里的长度,而且
是顺着速度方向的长度会变短,这也是严格推算出来的.这可以从列车高速对开
时笛声频率发生变化受到启发,也可以从速度较快的汽车上看到外面的树木感
到似乎有某种变化等,可以理解长度变短.这里要强调说明在垂直于速度方向的
应用
一
知识(zhī
shi)精要
二
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
19世纪末以来,人们发现了一些新的事实(shìshí),用经典力学却无法解释.
经典力学只适用于解决物体的低速运动问题,不能用来处理高速运动问题;
只适用于宏观物体,一般不适用于微观粒子,下列说法不正确的是(
)
A.随着认识的发展,经典力学已成了过时的理论
应.
第七页，共23页。
一
知识(zhī
shi)精要
二
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
一、经典(jīngdiǎn)时空观与相对论时空观的主要区别
1.实验基础不同
我们通过生活经验,通过对周围世界的观察最容易接受的是经典
(jīngdiǎn)时空观(又叫绝对时空观),因为经典(jīngdiǎn)时空观是以
v≪c的低速运动下的实验为基础建立的,而相对论时空观建立在光速
0
系:
m=
.
2
1-( )
从上式可以看出,当物体(一般(yībān)是粒子)的速度很大时,其运动时的
质量明显大于静止时的质量.
第十八页，共23页。
一
知识(zhī
shi)精要
二
典题例解
迁移
(qiānyí)应
用
【例2】 (多选)你站在处于某一高度处的一长木杆AB的中央附近,看到木
杆向下运动时两端是同时落地的,所以你认为这一木杆是平着落在了地上.
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
【例1】 (多选)下列说法中正确的是(
)
A.因为时间是绝对的,所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程
(jìnchéng)都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察,运动物体的空间距离和时间进程
(jìnchéng)跟物体的运动状态有关
惯性系都是等效的.
3.经典时空观(绝对时空观):时间(shíjiān)永远均匀地流逝,与任何外界无关;
空间与任何外界事物无关,从不运动,永远不变.
第四页，共23页。
目标
(mùbiāo)导
航
预习(yùxí)
导引
一
二
三
4.经典时空观的几个具体结论
(1)同时的绝对性.
(2)时间间隔的绝对性.
(3)空间距离的绝对性.
Δt'=Δt·
2
1-( ) =4×10-8×

0.8 2
1-(
)

光源),车顶到光源距离为 h,对火车上的人来说,光从光源经平面镜回
2ℎ

到光源所经过的时间为 Δt'= ,对于地面上的人看到的光通过的路
Δ 2 Δ 2 2
) =( ) -h ,可得
2
2
程为(
Δt=
Δ'

1-( )2
,显然,由于 c>v,可知 Δt>Δt'.
这说明:关于闪光从光源出发,经小镜反射又回到光源处所经历的时间,地
而与此同时,王飞同学正以接近光速的速度从木杆前面掠过,如图所示,则他
看到的情况是(
)
A.两端同时落地B.A端比B先落地
C.B端比A先落地D.木杆是向右倾斜着落地的
解析:令王飞同学所在的参照系静止,则你和杆所在的参照系将沿BA方向
运动,在杆下落的同时,假设(jiǎshè)在AB的中央有一光源开始发光,经过杆落
速度(sùdù)很大,大到能和光速相比,这时候在光传播的很短时间内,相对位
移就很大了.时间进程变慢在低速世界只能从推算中得知,然后进行推理才
能感知.
第十四页，共23页。
一
知识(zhī
shi)精要
二
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
(2)对“运动的时钟变慢”的理解
在一个匀速前进的车厢顶上有一平面镜,正下方有一光源(闪光
论.
重点:1.经典时空观及其推论.
2.相对论时空观的内容.
难点:相对论时空观.
第二页，共23页。
目标(mùbiāo)
导航
预习(yùxí)导
引
一
二
三
一、经典力学的成就和局限性
1.经典力学的伟大成就
(1)经典力学把天上物体和地上物体统一起来,实现了人类对自然界
认识的第一次理论大综合.
(2)使人们认识到现象观察和实验研究为基础的自然科学理论的基
节
经典力学(jīnɡ diǎn lì xué)的成就与局
第二节 经典时空观与相对论时空观
第一页，共23页。ຫໍສະໝຸດ 目标(mùbiāo)导
航
学习
目标
重点
难点
预习(yùxí)
导引
1.了解经典力学的发展历程及其对自然科学、社会发展的
影响.
2.认识经典力学的局限性和适用范围.
3.能记住经典时空观及其基本推论.
4.能记住狭义相对论的理论基础与相对论时空观的几个推
长度基本不变,这一点在学习时要注意.
因为在生活中我们处在一个低速环境(huánjì
ng)中,长度收缩和时间膨胀效应
很小,我们感觉不出来.
第十七页，共23页。
一
知识(zhī shi)
精要
二
典题例解
迁移
(qiānyí)应
用
(4)对“物体的质量随速度的增加而增大”的理解
经过严格的证明,物体有静止质量m0和运动质量m,它们之间有如下关
用
一
知识(zhī
shi)精要
二
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
【例3】 在实验室中测得以速度0.8c运动的π介子的平均寿命为4×10-8 s,
问静止的π介子的平均寿命为多少?
解析(jiě xī):相对于π介子运动的实验室中测得的π介子的平均寿命为
Δt=
Δ'

1-( )2
则相对于 π 介子静止的参照系测得的 π 介子的平均寿命为
(4)物体质量随速度的增大而增大.
第六页，共23页。
目标
(mùbiāo)导
航
预习(yùxí)导
引
一
二
三
预习交流
在“时间延缓效应”中,时钟走快走慢应如何理解?
答案:每个惯性系中的观测者都是使用(shǐyòng)静止于该参考系中的
时钟进行有关时间的观测,对同一物理过程经历的时间,在不同惯性系中
观测,测得的结果不同,并不是时钟走快了或走慢了,而仅仅是一种观测效
(4)物体质量恒定不变,即它们与参考系的选择(或观察者的运动状
态(zhuàngtài))无关.
第五页，共23页。
目标(mùbiāo)
导航
预习(yùxí)
导引
一
二
三
三、相对论时空观
1.光速(ɡuānɡ sù)不变与经典物理学的矛盾:观察和实验事实表明,无
论光源和观察者如何运动,光速(ɡuānɡ sù)只能是c,这与经典力学的速度
解析:经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的,是绝对的,空间与
时间之间没有联系,其实是错误的,故A、B错误.相对论认为空间和时间
与物质的运动状态有关,在长度的相对性和时间的相对性上都得到了验
证.
答案:CD
第十页，共23页。
一
知识(zhī
shi)精要
二
第十一页，共23页。
典题例解
迁移(qiānyí)
B.人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的
C.不同领域的事物各有其本质与规律
D.人们应当不断地扩展认识,在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规
律
答案:A
解析:人们对客观世界的认识要受到所处时代的客观条件和科学水平的制
约,所形成的看法也都具有一定的局限性,人们只有不断扩展自己的认识,才
能掌握更广阔领域的不同事物的本质与规律;新的科学的诞生并不意味着对
合成法则相矛盾.
2.狭义相对论的两条基本假设:相对性原理和光速(ɡuānɡ sù)不变原理.
3.相对论时空观
(1)“同时”的相对性:在一个参考系中同时发生两件事,在另一个参
考系看来是不同的.
(2)运动的时钟变慢:时钟相对于观察者静止时,走得快;相对于观察者
运动时,走得慢,运动速度越快,效果越明显.
(3)运动的尺子缩短.
面上的观察者与运动的车上观察者的测量结果(jiē guǒ)是不同的,运动的车
上观察者测量的时间间隔短些.
上面式子具有普遍意义,当从地面观察以速度v前进的火车时,车上的时间
进程变慢了,不仅时间变慢了,物理、化学过程和生命的过程都变慢了,但车
上的人都没有这种感觉,他们反而认为地面上的时间进程变慢了.
第十五页，共23页。
l'为车上的人测得的长度,l 为地面上的人测得的长度,由于
2
1-( ) <1,所以 l<l'.其意义是相对于地面以速度 v 运动的物体,从地面

上看,沿着运动方向上的长度变短了,速度越大,变短得越多,但是高
度却没有什么变化,对于车上的人来说,车上一切和往常一样,只是地
面上的物体和距离都变窄了、变短了.
时被照亮的,地面上的人也应认为前后壁是被同时照亮的,但有了光速不变
原理时,情况就不一样了,当火车速度(sùdù)较大时,地面上的人将认为光先
到达后壁,而后到达前壁,这就是“同时的相对性”.
时间进程对于同一个参考系(惯性系)是没有变化的,而从另一个参考系来
看这个参考系才会有变化.时间进程要能感觉出来必须是两个参考系的相对
不变原理
这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设,这两个假设就是狭义相对论
的基础.
第十三页，共23页。
一
知识(zhī shi)
精要
二
典题例解
迁移(qiānyí)
应用
2.狭义相对论的几个结论
(1)对“同时”的相对性的理解
“同时性”在惯性系中,在低速时是没有疑问的.例如一列火车在做匀速直
线运动,在某车厢中的中点一个人点燃一支蜡烛.他看到车厢前后两壁是同