高中物理(课件)第十五章 相对论简介 1 2

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2．“动钟变慢”
时间间隔的相对性公式
Δ t＝
1Δ－τ vc2中，Δτ 是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个
事件发生的时间间隔，而 Δt 是相对于事件发生地以速度 u 高速运动的观察者测
量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．
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3．分析时间间隔和长度变化时应注意的问题 (1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应， 它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化． (2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如 果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义 的．
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知识脉络
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相对论的诞生
[先填空] 1．经典的相对性原理 (1)表述一：力学规律在任何惯性系中都是_相__同__的___． (2)表述二：在一个_惯__性__参__考__系___内进行的任何力学实验都不能判断这个 _惯__性__参__考__系___是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动． (3)表述三：任何惯性参考系都是_平__权___的．
A．时间是绝对的，空间是相对的
B．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物
体的长度总不会改变
C．在地面上的人看来，高速运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇
航员却看到时钟是准确的
D．在地面上的人看来，高速运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的
宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
(3)相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为 l0，与杆有相
对运动的人认为杆的长度为 l，杆相对于观察者的速度为 v，则 l、l0、v 的关系 是：l＝_l_0 ___1_－___vc_2_.
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3．时间间隔的相对性
(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔 总是__相__同__的．
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2．狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切__物__理__规__律__都是相同的． (2)光速不变原理：_真__空__中___的光速在_不__同__的__惯__性__参__考__系___中都是相同的．
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[再判断] 1．静止或匀速直线运动的参考系是惯性系．(√) 2．由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以 选择任何惯性系．(√) 3．在不同的惯性系中，光速是不相同的．(×)
以 v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt＝ Δτ
_____1_－__vc__2 ___.
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[再判断] 1．根据相对论的时空观，“同时”具有相对性．(√) 2．相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大．(×) 3．高速飞行的火箭中的时钟要变慢．(√)
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1．假设有一天某人坐在“神舟”号飞船上，以 0.5c 的速度遨游太空，当他 打开一个光源时飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为________，飞船正 后方地面上的观察者看到这一光速为________，在垂直飞船前进方向地面上的 观察者看到这一光速是________．
【解析】 根据狭义相对论的假设，真空中的光速相对于不同的惯性参考 系是相同的，即在地面上任何地方的观察者看到的光速都是 c.
知 识 点 一
学 业 分 层 测 评 知 识 点 二
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1 相对论的诞生 2 时间和空间的相对性
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学习目标 1.知道经典的相对性原理，能说出狭义相对论的实验基础和它的两个基本假 设． 2.能说出狭义相对论的几个主要结论．(重点) 3.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认 识世界的影响．(难点)
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[后思考] 1．牛顿运动定律的适用条件是什么？ 【提示】 宏观物体、低速运动和惯性参考系． 2．伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同？
【提示】 伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的； 狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的．
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1．dress up
盛装，打扮
2．be supposed to do sth. 理应，应该做某事
3．a bit of
一点儿……，有一些……
4． as well
也，又
5．be particular about 对……较挑剔/较讲究
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6．a variety of 7．stay awake 8．in honour of
达到 0.6c 时，由相对论长度公式 l＝l0 100× 1－0.62 km＝80 km.
1－vc 2 代 入 相 应 的 数 据 解 得 ： l ＝
【答案】 100 km 80 km
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应用相对论“效应”解题的一般步骤 1．应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度． 2．明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考 系中的观察结果． 3．应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算．
2．真空中对不同的惯性参考系来说，光速都是相同的． 3．经典力学的结论是有一定局限性的，一般只适用于宏观物体的低速运动．
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时间和空间的相对性
[先填空] 1．“同时”的相对性 (1)经典时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一 个惯性系中观察也是_同__时___的． (2)相对论时空观：“同时”具有_相__对___性，即在同一个惯性系中不同地点 同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察__可__能__不__是__同__时__的．
垫子 用油煎，用油炸 不幸地 混乱，脏乱 生产，制造
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6． needle n. 7． worship vt. 8． invade vt. 9． adopt vt. 10．honour vt.
针 敬神，拜神 侵略 采纳，采用；收养 向某人致敬
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语
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【解析】 根据狭义相对论的光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性 参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．因此三种 情况下，人观察到的光速都是 c.
【答案】 (1)c (2)c (3)c
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1．爱因斯坦提出的两条基本假设是相对论的基础，对同时的相对性等经典 力学所无法解决的问题，应紧紧抓住两条基本假设这一关键点来解决．
(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时 间间隔是__不__同__的，惯性系_速__度___越大，惯性系中的_时__间__进__程___进行得越慢．非 但如此，惯性系中的一切__物__理__、__化__学__过__程__和__生__命__过__程__都变慢了．
(3)相对时间间隔公式：设 Δτ 表示静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示
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[后思考] 1．尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？ 【提示】 尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变． 2．以任何速度运动，时间延缓效应都很显著吗？
【提示】 不是．当 u→c 时，时间延缓效应显著；当 u≪c 时，时间延缓效 应可忽略．
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[核心点击] 1．“动尺缩短” 狭义相对论中的长度公式 l＝l0 1－vc2中，l0 是相对于杆静止的观察者测 出的杆的长度，而 l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度 u 运动时，静止的观 察者测量的长度．
【答案】 c c c
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2．如图 15-1-1 所示，思考以下几个问题：(光速用 c 表示)【导学号：23570152】
图 15-1-1 (1)若参考系 O′相对于参考系 O 静止，人看到的光速应是多少？ (2)若参考系 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)若参考系 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？
各式各样的，种种 保持醒着 向……表示敬意
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根据提示补全下列教材原句 1． It was believed that any village that did not give food would have bad luck. 人们一致认为不施舍食物的村庄将会倒霉。 2．Since it is one of the longest holidays in the year，for most people it's the time to get relaxed or go out of the city to travel. 因为这是一年中最长的假期之一，所以对大部分人来说这是放松自己，走 出城市旅行的时机。
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3．某宇航员要到离地球 5 光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为 3 光年，则他所乘飞船相对地球的速度为________．
【解析】 由 l＝l0 【答案】 0.8c
1－vc2得，3＝5
1－vc2，解得 v＝0.8c.
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4．用相对论的观点判断，下列说法正确的是( )【导学号：23570153】
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理
巧
基
突
础
破
Section Ⅴ Communication Workshop & Culture
重
提
应
素 能
Corner & Bulletin Board
用
学
业
精
分
剖
层
析
测
评
根据提示写出下列单词 1．mat n. 2．fry vt. 3．unfortunately adv. 4．mess n. 5．production n.
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4．迈克耳孙—莫雷实验 (1)实验背景：根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度， 并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是 c”，这本身就是电磁规律的 一部分，而不是电磁规律应用于某个具体事物的结论．于是，问题出现了：麦 克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系 S 是正确的，另外 还有一个参考系 S′，S′相对于 S 以速度 v 运动，那么光相对于 S′的速度应该是(c －v)而不是 c，好像电磁规律不是对任何惯性系都一样． (2)实验结论：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．
【答案】 CDE
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5．地面上长 100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以 30 km/s 的速度掠过， 则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到 0.6c，则火箭上 的人看到的铁路的长度又是多少？
【解析】 当火箭速度较低时，长度基本不变，还是 100 km.当火箭的速度
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[核心点击] 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另 一个参考系也是惯性系． 牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系． 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性参考系都是平权的．
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3．相对性原理与电磁规律 根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量， 但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的．迈克 耳孙—莫雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的．
E．当物体运动的速度 v≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略
不计
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【解析】 时间和空间都是相对的，故选项 A、B 的说法错误；根据“时间 膨胀”和“长度收缩”效应，选项 C、D 的说法正确；当速度 v≪c 时，1－vc2≈1， 所以“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计，故选项 E 说法正确．
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2．“长度”的相对性 (1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做_相__对__运__动___而
不同． (2)相对论的时空观：“长度”也具有相__对__性___，一条沿自身长度方向运动的
杆，其长度总比静止长度_小__，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没__有__变__化___．