经典时空观与相对论时空观PPT课件
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经典时空和相对论时空观
经典时空和相对论时空观
经典时空观认为时间和空间是独立的绝对存在，不受物质和能量的影响，是永恒不变的。
相对论时空观则认为时间和空间是相互联系的，是随着物质和能量的存在而弯曲和变化的。
在经典时空观中，时间是一个不可逆的流，空间是一个无限延伸的三维空间。
相对论时空观则将时间和空间合为一个四维时空，其中时间和空间是相对的，取决于观察者的运动状态，即存在时间和空间的相对性。
相对论时空观还引入了引力波和黑洞等概念，解释了宇宙中一些奇特的现象。
例如，引力波是由两个大质量物体运动而产生的能量波动，可以被探测器观测到。
黑洞则是由质量极大的天体引力强大到无法逃逸的区域，其存在和性质也与相对论时空观密切相关。
总的来说，相对论时空观是一种更加全面和深入的时空观，已经成为现代物理学的基础之一。
它深刻地影响和改变了我们对自然界的认识，为我们理解宇宙的奥秘提供了更多的线索。
- 1 -。
教科版(2019)高中物理必修第二册5-2 相对论时空观简介 课件
质量有关。物体因具有质量而使其周围的时间和空间发生了“弯曲”。虽然这
种弯曲是我们人体器官感觉不到的，但可以通过各种方法间接地加以确定，而
引力正是这种“时空弯曲”的表现。“弯曲”的程度越高，对应的引力也就越
强（图5-2-13）。
在广义相对论中，时空观念比狭义相对论更推进了一步。时间、
空间不仅是相对的，组成一个密切联系、不可分割的整体，并且不能
所以闪光是同时到达前后壁的（如图）。
在台上观测，由于底面是惯性系，所以闪光时先到达
后壁而后到达前壁，不是同时发生的（如图）。
（二）运动时钟变慢（时间间隔的相对性）
在相对地面以高速v匀速运动的火车内的观察者，测得两个事
件先后发生的时间间隔为Δτ，则在地面上的观察者测得的时间间
隔为Δt。则Δτ和Δt之间的关系为：
在这两个基本假设的基础上，爱因斯坦于1905年创立了狭义相对论。
二、狭义相对论
（一）同时的相对性
同时是相对的，是指相隔一定距离发生的两件事，在一个参
考系中观测是同时发生的，在相对于此参考系运动的另一个参考
系中观测就可能不是同时，而是一先一后发生的。
思考：同时为什么是相对的？
讨论交流
假设一列火车在平直的轨道上以很高的速度u匀速驶过站台，在车厢的正
高处接收到时其频率变低，发生“红移”；相反，从引力势能高处向引力势能
低处发射光波，接收到的频率变高，发生“蓝移”。这已被地面上精密的实验
证实。
（2）水星绕太阳运动的轨道与根据牛顿万有引力定律计算所得的不一致，
这是一个在天文学史上长达百年的困惑。爱因斯坦用新建立的引力场方程取代
了经典的万有引力定律，计算结果和实际观测符合得很好解决了天文学上的百
经典力学的成就与局限性经典时空观与相对论时空观课件
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2．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．
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(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，一切惯性系都是等效的． (3)经典时空观(绝对时空观) 时间永远均匀地流逝，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．
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2．长度收缩效应
按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空间广延性
的观测，与观测者和该物体的相对运动有关．观测长度 l′与静止长度 l 之间的
关系：l′＝l 1－vc22，由于 v<c，所以 l′<l.这种长度观测效应被称为长度收缩．
3．质速关系
在相对物体静止的参考系中测量，物体具有最小的质量 m0(称为静止质量)；
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[再判断] 1．在经典力学中，时间、长度和质量与运动没有关系．(√) 2．相对论，完全否定了经典力学的理论．(×) 3．对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大．(√)
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[后思考] 若一列火车的速度是 10 m/s，一个人在车上相对于车以 10 m/s 的速度向前 跑，那么他相对于地面的速度为 20 m/s.若火车的速度为 0.9c(c 为光速)，火车上 的人向前发出一束激光(相对于车的速度为 c)．激光相对于地面的速度是否为 1.9c?
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相对论简介-PPT课件
离物质而存在的,是绝对的,空间与时间之间没有任何联系。
相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观):空间和时间都与
物质的运动状态有关。
相对论的时空观更具有普遍性,但是经典物理学作为相对论的特
例,在宏观、低速运动时仍将发挥作用。
17
三、狭义相对论的应用
活动与探究 3
为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢?在
基本上可以忽略。
26
汤姆孙曾自信地宣称:“科学的大厦
4.著名物理学家“开尔文勋爵”威廉·
已经基本完成”,但也承认,“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的
,两朵
乌云”。他指的科学大厦是
。
乌云是
答案:以经典力学、热力学与统计物理学、电磁理论为主要内容的物理
学形成了完整的科学体系 一是黑体辐射,二是光的速度
什么情况下,相对论效应比较明显?
答案:平时生活中物体运动的速度都非常慢,与光速 c 相比均到可
忽略的程度,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都不
明显,但在参考系速度接近光速(一般都需 0.9c 以上)时,相对论效应就明
显表现出来了。
在一些要求严格的场所,如 GPS 定位中,要求卫星上时钟的精度非
那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值,而与参考系的选择无关。
相对论时空观:空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度
有关。
15
迁移与应用 2
下面的说法中正确的是(
)
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
相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观):空间和时间都与
物质的运动状态有关。
相对论的时空观更具有普遍性,但是经典物理学作为相对论的特
例,在宏观、低速运动时仍将发挥作用。
17
三、狭义相对论的应用
活动与探究 3
为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢?在
基本上可以忽略。
26
汤姆孙曾自信地宣称:“科学的大厦
4.著名物理学家“开尔文勋爵”威廉·
已经基本完成”,但也承认,“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的
,两朵
乌云”。他指的科学大厦是
。
乌云是
答案:以经典力学、热力学与统计物理学、电磁理论为主要内容的物理
学形成了完整的科学体系 一是黑体辐射,二是光的速度
什么情况下,相对论效应比较明显?
答案:平时生活中物体运动的速度都非常慢,与光速 c 相比均到可
忽略的程度,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都不
明显,但在参考系速度接近光速(一般都需 0.9c 以上)时,相对论效应就明
显表现出来了。
在一些要求严格的场所,如 GPS 定位中,要求卫星上时钟的精度非
那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值,而与参考系的选择无关。
相对论时空观:空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度
有关。
15
迁移与应用 2
下面的说法中正确的是(
)
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
相对论的时空观课件PPT
起着至关重要的作用。
广义相对论中的时空曲率
时空曲率的概念
在广义相对论中，物质和能量会导致时空发生弯曲，这种弯曲被 称为时空曲率。
时空曲率与引力的关系
时空曲率决定了物体在引力场中的运动轨迹，引力则被视为是物体 沿着时空曲率运动的趋势。
时空曲率的应用
时空曲率在解释行星轨道、光线偏折、引力透镜效应等现象中起着 关键作用，也是构建宇宙模型的重要基础。
相对论在通信领域的应用
1 2
全球定位系统（GPS） 相对论效应对GPS定位精度至关重要，需要考虑 时间膨胀和长度收缩效应，以确保准确的导航。
深空通信
相对论在深空通信中发挥了关键作用，解释了无 线电信号在太空中的传播延迟现象。
3
量子通信
相对论对量子通信的发展产生了影响，解释了量 子纠缠等现象，为未来的通信技术提供了新的可 能性。
相对论的时空观课件
目录
• 相对论的时空观简介 • 相对论的时空观的基本原理 • 狭义相对论的时空观 • 广义相对论的时空观 • 相对论的时空观的实验验证 • 相对论的时空观的应用
01
相对论的时空观简介
什么是相对论的时空观是 一个统一的整体，称为时空。
光速不变原理
总结词
光速不变原理是指在任何惯性参照系中，光在真空中的传播速度都是恒定的， 约为每秒299,792,458米。
详细描述
光速不变原理是相对论的重要基石之一。它表明光速是一个绝对常数，不依赖 于光源或观察者的运动状态。这一原理排除了超距作用的可能性，并强调了时 间和空间相对性的重要性。
等效原理
广义相对论中的引力透镜效应
引力透镜效应的概念
当光线经过引力场时，由于时空曲率的作用，光线会发生弯曲，形 成像透镜一样的效果，称为引力透镜效应。
广义相对论中的时空曲率
时空曲率的概念
在广义相对论中，物质和能量会导致时空发生弯曲，这种弯曲被 称为时空曲率。
时空曲率与引力的关系
时空曲率决定了物体在引力场中的运动轨迹，引力则被视为是物体 沿着时空曲率运动的趋势。
时空曲率的应用
时空曲率在解释行星轨道、光线偏折、引力透镜效应等现象中起着 关键作用，也是构建宇宙模型的重要基础。
相对论在通信领域的应用
1 2
全球定位系统（GPS） 相对论效应对GPS定位精度至关重要，需要考虑 时间膨胀和长度收缩效应，以确保准确的导航。
深空通信
相对论在深空通信中发挥了关键作用，解释了无 线电信号在太空中的传播延迟现象。
3
量子通信
相对论对量子通信的发展产生了影响，解释了量 子纠缠等现象，为未来的通信技术提供了新的可 能性。
相对论的时空观课件
目录
• 相对论的时空观简介 • 相对论的时空观的基本原理 • 狭义相对论的时空观 • 广义相对论的时空观 • 相对论的时空观的实验验证 • 相对论的时空观的应用
01
相对论的时空观简介
什么是相对论的时空观是 一个统一的整体，称为时空。
光速不变原理
总结词
光速不变原理是指在任何惯性参照系中，光在真空中的传播速度都是恒定的， 约为每秒299,792,458米。
详细描述
光速不变原理是相对论的重要基石之一。它表明光速是一个绝对常数，不依赖 于光源或观察者的运动状态。这一原理排除了超距作用的可能性，并强调了时 间和空间相对性的重要性。
等效原理
广义相对论中的引力透镜效应
引力透镜效应的概念
当光线经过引力场时，由于时空曲率的作用，光线会发生弯曲，形 成像透镜一样的效果，称为引力透镜效应。
《物理学教学课件》4-1经典力学的时空观
探索量子引力理论
为了解决量子力学和广义相对论之间 的不兼容性，科学家正在努力寻找一 种量子引力理论，以统一描述微观粒 子和宏观引力。
超越经典时空观
随着科学技术的不断进步，人们对于 时空的认识也在不断深化。未来，我 们可能会超越经典力学的时空观，建 立更加精确和完备的物理理论体系。
THANKS
感谢观看
绝对时空观的物理意义
绝对时空观为经典力学提供了 基础，使得牛顿的运动定律和 万有引力定律得以成立。
它解释了物体运动和力的作用 方式，使得人们能够准确地预 测和描述物体的运动轨迹和状 态。
它也使得人们能够建立绝对坐 标系，从而对物体进行准确的 定位和描述。
绝对时空观的局限性
绝对时空观无法解释光速不变的现象， 因为光速在不同的惯性参考系中是相 同的，这与绝对时空观相矛盾。
详细描述
米氏-摩雷森实验通过测量光在运动介 质中的速度，验证了光速在不同参考 系下是否恒定。该实验结果支持了狭 义相对论的预言，表明光速在不同惯 性参考系下是恒定的。
原子干涉实验
总结词
原子干涉实验是验证时空相对性的另一种方法。
详细描述
原子干涉实验通过观察原子在干涉条纹中的分布，验证了时间和空间的相对性。该实验结果支持了狭义相对论的 预言，表明时间和空间在不同的参考系下是相对的。
05
时空观的现代发展
量子力学对时空观的挑战
量子力学的非定域性
量子力学中的粒子不受时空限制，可以在整个宇宙中同时存在，这与经典力学的时空观相冲突。
波函数与现实世界的联系
波函数是量子力学中的基本概念，它描述了粒子的状态，但波函数的存在并不直接对应于物理实在， 这使得量子力学的时空观变得模糊。
广义相对论的时空观
为了解决量子力学和广义相对论之间 的不兼容性，科学家正在努力寻找一 种量子引力理论，以统一描述微观粒 子和宏观引力。
超越经典时空观
随着科学技术的不断进步，人们对于 时空的认识也在不断深化。未来，我 们可能会超越经典力学的时空观，建 立更加精确和完备的物理理论体系。
THANKS
感谢观看
绝对时空观的物理意义
绝对时空观为经典力学提供了 基础，使得牛顿的运动定律和 万有引力定律得以成立。
它解释了物体运动和力的作用 方式，使得人们能够准确地预 测和描述物体的运动轨迹和状 态。
它也使得人们能够建立绝对坐 标系，从而对物体进行准确的 定位和描述。
绝对时空观的局限性
绝对时空观无法解释光速不变的现象， 因为光速在不同的惯性参考系中是相 同的，这与绝对时空观相矛盾。
详细描述
米氏-摩雷森实验通过测量光在运动介 质中的速度，验证了光速在不同参考 系下是否恒定。该实验结果支持了狭 义相对论的预言，表明光速在不同惯 性参考系下是恒定的。
原子干涉实验
总结词
原子干涉实验是验证时空相对性的另一种方法。
详细描述
原子干涉实验通过观察原子在干涉条纹中的分布，验证了时间和空间的相对性。该实验结果支持了狭义相对论的 预言，表明时间和空间在不同的参考系下是相对的。
05
时空观的现代发展
量子力学对时空观的挑战
量子力学的非定域性
量子力学中的粒子不受时空限制，可以在整个宇宙中同时存在，这与经典力学的时空观相冲突。
波函数与现实世界的联系
波函数是量子力学中的基本概念，它描述了粒子的状态，但波函数的存在并不直接对应于物理实在， 这使得量子力学的时空观变得模糊。
广义相对论的时空观
高中物理-导必修二经典时空观与相对论时空观
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
的时间,地面上的观察者与运动的车上观察者的测量结果是不同的,
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.
自主预习
一
种观测效应.
自主预习
一
二
知识精要
合作探究
典题例解
迁移应用
一、经典时空观与相对论时空观的主要区别
1.实基础不同
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
时空观(又叫绝对时空观),因为经典时空观是以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不变的假设上,
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
自主预习
一
二
知识精要
合作探究
典题例解
迁移应用
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,顺着速度方向的长度会变短,这是严格推算出来的.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理解长度变短.这
里要强调说明在垂直于速度方向的长度基本不变,这一点在学习时
厢前后两壁是同时被照亮的,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
的时间,地面上的观察者与运动的车上观察者的测量结果是不同的,
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.
自主预习
一
种观测效应.
自主预习
一
二
知识精要
合作探究
典题例解
迁移应用
一、经典时空观与相对论时空观的主要区别
1.实基础不同
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
时空观(又叫绝对时空观),因为经典时空观是以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不变的假设上,
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
自主预习
一
二
知识精要
合作探究
典题例解
迁移应用
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,顺着速度方向的长度会变短,这是严格推算出来的.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理解长度变短.这
里要强调说明在垂直于速度方向的长度基本不变,这一点在学习时
2024版相对论PPT课件
02
狭义相对论主要内容及推 导
洛伦兹变换公式及其应用
01
02Hale Waihona Puke 03洛伦兹变换公式
描述不同惯性参考系之间 物理量的变换关系，包括 时间、空间坐标、质量和 能量等。
公式推导
基于光速不变原理和狭义 相对性原理，通过数学推 导得到洛伦兹变换公式。
应用举例
解释迈克尔逊-莫雷实验、 计算粒子在加速器中的运 动轨迹等。
现代实验技术：原子钟、GPS等
01
原子钟实验
02
GPS定位技术
利用高精度原子钟来测量时间膨胀效应，验证狭义相对论中关于时间 膨胀的预言。
全球定位系统（GPS）需要考虑相对论效应对卫星钟的影响，通过修 正相对论效应来提高定位精度。
挑战问题一：暗物质和暗能量问题
暗物质问题
观测表明宇宙中存在大量不发光、不 与电磁波相互作用的物质，即暗物质。 相对论无法解释暗物质的性质和行为。
深化对自然规律的认识
相对论揭示了时间、空间、物质和能量之间的 内在联系，有助于我们更深入地理解自然规律。
推动科学技术发展
相对论在导航、通信、高能物理等领域有着广泛应用， 学习相对论有助于推动科学技术的进步。
培养创新思维和批判性思 维
学习相对论需要具备创新思维和批判性思维， 这些思维方式对于培养创新型人才具有重要意 义。
工具。
相对论对未来科技发展影响
相对论揭示了物质、空间和时 间的基本性质，为未来科技发 展提供了深刻的理论启示。
基于相对论的引力波探测、黑 洞观测等前沿研究领域将推动 实验技术和观测手段的创新。
相对论在宇宙航行、星际通信 等领域的应用探索将促进未来 空间科技的发展。
05
相对论实验验证及挑战问 题探讨
初识相对论-PPT课件
初识相对论
一、经典力学时空观 1.空间是与外__界__任__何__事__物___无关的而永远相同和不
动的（所谓绝对空间）。 2.时间自身在流逝着，而且由于其本性而_均__匀__地 与 _任__何__其__他__外__界__事__物__ 无 关 地 流 逝 着 （ 所 谓 绝 对 时
间）。
3.空间和时间是_相__互__独__立__、_互__不__干__扰__的。
【解析】由于题中恒星与地球的距离s和宇宙飞船的
速度v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，
地球时钟所测时间间隔Δt=
2s v
=2.87×108s。
答案：2.87×108
【素养训练】1.如图所示，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
【拓展例题】考查内容：两种时空观的发展史 【典例】（多选）物理学的发展丰富了人类对物质世 界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物 质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是 （）
A.牛顿发现了万有引力定律 B.牛顿通过实验证实了万有引力定律 C.相对论的创立表明经典力学已不再适用 D.爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推广到高速 领域
【解析】选C。列车上的观测者看到的是由B发出后 经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内靠近C， 而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观测者， 看到C先被照亮，故只有C正确。
2.一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞 过。火箭上的人测得火箭的长度应为________。（物 理观念） 【解析】火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测 得的长度相同，即为l。 答案：l
一、经典力学时空观 1.空间是与外__界__任__何__事__物___无关的而永远相同和不
动的（所谓绝对空间）。 2.时间自身在流逝着，而且由于其本性而_均__匀__地 与 _任__何__其__他__外__界__事__物__ 无 关 地 流 逝 着 （ 所 谓 绝 对 时
间）。
3.空间和时间是_相__互__独__立__、_互__不__干__扰__的。
【解析】由于题中恒星与地球的距离s和宇宙飞船的
速度v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，
地球时钟所测时间间隔Δt=
2s v
=2.87×108s。
答案：2.87×108
【素养训练】1.如图所示，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
【拓展例题】考查内容：两种时空观的发展史 【典例】（多选）物理学的发展丰富了人类对物质世 界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物 质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是 （）
A.牛顿发现了万有引力定律 B.牛顿通过实验证实了万有引力定律 C.相对论的创立表明经典力学已不再适用 D.爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推广到高速 领域
【解析】选C。列车上的观测者看到的是由B发出后 经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内靠近C， 而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观测者， 看到C先被照亮，故只有C正确。
2.一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞 过。火箭上的人测得火箭的长度应为________。（物 理观念） 【解析】火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测 得的长度相同，即为l。 答案：l
大学物理课件---经典力学时空观-[福州大学...李培官]
![大学物理课件---经典力学时空观-[福州大学...李培官]](https://img.taocdn.com/s3/m/ad426813964bcf84b9d57b1e.png)
伽利略变换与牛顿相对性原理是一回事， 是绝对时空观的必然结果。
这最早由伽利略从实验上提出来，即：通过 力学实验无法判定一个惯性系的运动状态。
14
【伽利略简介】
• 伽利略（1564-1642）意大 利物理学家、天文学家和哲 学家，近代实验科学的先驱 者。其成就包括改进望远镜 和其所带来的天文观测，以 及支持哥白尼的日心说。当 时，人们争相传颂：“哥伦 布发现了新大陆，伽利略发 现了新宇宙”。今天，史蒂 芬· 霍金说，“自然科学的 诞生要归功于伽利略，他这 方面的功劳大概无人能及。” 伽利略（1564-1642） • 名言：自然界没有一样东西 能保持永久性的。
10
三.伽利略变换
牛顿的时空观可通过以 下坐标和时间的变换来 现设 S、S’ 为两个
y
S
y
S ut 0 z
u
P ( x, y, z, t )
x
x
( x , y , z , t )
相对运动速度为 u ux 常量 . t = t’=0时, ˆ
两个坐标 原点O、O’重合。
3) 在S系中质量为m的物体在 S’系质量也为m。
16
2.牛顿对绝对时间空间的看法：
1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中 对时间和空间作如下表述 ： 绝对的、真实的、纯数学的时间，就其自身和其本质 而言，是永远均匀流动的，不依赖于任何外界事物。 绝对的空间，就其本性而言，是与外 界事物无关而永远是相同和不动的。
牛顿（1643-1727）
五.爱因斯坦简介
爱因斯坦（1879.3.14 — 1955.4.18）
19
【爱因斯坦简介】
• 创立了狭义相对论， 发展了量子理论 • 建立了广义相对论 • 他还开创了现代宇 宙学 • 他努力探索的统一 场思想， • 指出了现代物理学 发展的一个重要方 向
2019年-经典力学的时空观麦克尔逊-莫雷实验狭义相对论基本假设-PPT精选文档
14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
S系相对于 S系以匀速沿X轴运动，观
察两参照系Ev中al同ua一tio事n 件on的ly.时空关系。
ted withsCyAosyppyorsisyg'e'h.ytS2'li0dv 1e9s-f2o*0rP1.(N9x, EyA, zTs)p3o.s5eCPliteynLt tPdr.ofile 5.2
二 了解迈克耳孙－莫雷实验. Evaluation only.
ted with As三pos理e.S解li狭de义s f相or对.N论E的T 3两.5条C基lie本nt原P理rof，ile 5.2 掌C握o洛py伦rig兹ht变20换1式9-2. 019 Aspose Pty Ltd.
14-0 教学基本要求
换后
t1 t2
)
14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
结果: 观察者先看到投出后的球，
后看到投出前的球.
(
ted wit根据伽利略变hCAo球投出前球投出sppyorisgeh.tS2lEi0dv1ev a9sluc-cf2ao0triv1do.N9nEAoTsnpl3yo..s5eCPlittet21ynLt ctPdcddr.ovfile 5.2
在两相互作匀速直线运动的惯性系中, 牛顿运动定律具有相同的形式.
14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
伽利略变换
当 tt'0时
s
y
y s'
y'
y'
v
P(x, y, z)
*
ted位ow置i与t坐hCA标oosp变'p重yo换r合isg公eh.式tS2lEi0dv1ea9slzuz-f2oao0tri1o.vN9ntzEAo'ozT's'npl3yo..xs5eCxPl'iteynLt(xtPd',r.yo'fxx,izl'e') 5.2
相对论第一二章课件PPT
质能方程E=mc^2中的E代表物体的总能量，包括静止能 量和动能等，m代表物体的质量，c代表光速。这个公式 表明，物体的总能量与其质量成正比，且光速c是一个自 然界的恒定常数。
质量与能量的关系
质量与能量之间的关系是相对论中的一个核心概念，它表明质量和能量之间存在 等效性。根据质能关系，物质所具有的能量与其质量之间存在确定的数学关系。
06
相对论的应用和影响
相对论在天文学中的应用
相对论预测了光线在强重力场 中的弯曲，为天文观测提供了 新的方法，如利用重力透镜观 测遥远星系。
相对论解释了宇宙的膨胀现象， 为天文学家研究宇宙的起源和 演化提供了理论支持。
相对论预测了黑洞的存在，为 天文学家寻找和研究黑洞提供 了理论依据。
相对论在物理学其他领域的应用
空间在不同惯性参考系中的尺度 不同，即空间距离的相对性。
空间的相对性推论
尺缩效应，即高速运动的物体在静 止观察者看来长度缩短。
空间测量
通过光速不变原理和空间间隔的相 对性，可以推导出尺缩效应的数学 表达式。
时间与空间的统一：时空
时空连续体
时间和空间在相对论中不再是独 立的概念，而是构成了一个四维
的时空连续体。
式产生了深远的影响。
相对论揭示了质量和能量的本质 关系，为人类探索物质和能量之
间的关系提供了新的视角。
相对论促进了人类对宇宙起源和 演化的思考，激发了人类探索未
知领域的勇气和决心。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
化条件。
向量与矩阵
02
向量是具有大小和方向的几何对象，矩阵是线性代数中的基本
工具，用于表示变换和线性方程组。
特征值与特征向量
质量与能量的关系
质量与能量之间的关系是相对论中的一个核心概念，它表明质量和能量之间存在 等效性。根据质能关系，物质所具有的能量与其质量之间存在确定的数学关系。
06
相对论的应用和影响
相对论在天文学中的应用
相对论预测了光线在强重力场 中的弯曲，为天文观测提供了 新的方法，如利用重力透镜观 测遥远星系。
相对论解释了宇宙的膨胀现象， 为天文学家研究宇宙的起源和 演化提供了理论支持。
相对论预测了黑洞的存在，为 天文学家寻找和研究黑洞提供 了理论依据。
相对论在物理学其他领域的应用
空间在不同惯性参考系中的尺度 不同，即空间距离的相对性。
空间的相对性推论
尺缩效应，即高速运动的物体在静 止观察者看来长度缩短。
空间测量
通过光速不变原理和空间间隔的相 对性，可以推导出尺缩效应的数学 表达式。
时间与空间的统一：时空
时空连续体
时间和空间在相对论中不再是独 立的概念，而是构成了一个四维
的时空连续体。
式产生了深远的影响。
相对论揭示了质量和能量的本质 关系，为人类探索物质和能量之
间的关系提供了新的视角。
相对论促进了人类对宇宙起源和 演化的思考，激发了人类探索未
知领域的勇气和决心。
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化条件。
向量与矩阵
02
向量是具有大小和方向的几何对象，矩阵是线性代数中的基本
工具，用于表示变换和线性方程组。
特征值与特征向量
高考物理一轮复习 第5章 第2单元 宇宙速度 经典时空观与相对论时空观课件
第 2 单元 宇宙速度 经典时空观与相对论时空观
宇宙速度 [想一想] 卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度是多少？物体要挣脱 地球引力束缚的最小发射速度是多少？物体挣脱太阳引力束缚的 最小发射速度又是多少？ 提示：三种宇宙速度。
[记一记] 三种宇宙速度比较
宇宙速度 数值(km/s)
意义
第一宇宙 速度
[解析] 相对论的建立并没有否定经典力学，而是认为经典 力学是相对论在一定条件下的特殊情形，所以 ABC 均不正确，D 正确。
[答案] D
[随堂巩固落实] 1．[多选]以下说法正确的是
()
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变
[审题指导] (1)明确第一宇宙速度的定义。 (2)运用 F 万＝F 向求解。
[解析] 设质量为 m 的某行星绕白矮星做近地飞行。行星
做圆周运动的向心力等于它与白矮星间的万有引力。
即 GMr2m＝mvr2，而 M＝ρV
由上式得 v＝
4πG3ρR2，代入数据求得白矮星的第一宇
宙速度 v＝4×104 km/s。
D．相对论与量子力学否定了经典力学理论 解析：经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A 错 B 对。在经典力学中，物体的速度 v≪c，所以物体的质量不随运 动状态而改变，但相对论和量子力学并不否认经典力学，认为 它是在一定条件下的特殊情形，C 正确，D 错误。 答案：BC
2．[多选](2015·广东六校联考)地球同步卫星，离地心距离为 r，
加速度是地球的 2 倍，则行星的第一宇宙速度为
()
A．15.8 km/s
B．7.9 km/s
宇宙速度 [想一想] 卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度是多少？物体要挣脱 地球引力束缚的最小发射速度是多少？物体挣脱太阳引力束缚的 最小发射速度又是多少？ 提示：三种宇宙速度。
[记一记] 三种宇宙速度比较
宇宙速度 数值(km/s)
意义
第一宇宙 速度
[解析] 相对论的建立并没有否定经典力学，而是认为经典 力学是相对论在一定条件下的特殊情形，所以 ABC 均不正确，D 正确。
[答案] D
[随堂巩固落实] 1．[多选]以下说法正确的是
()
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变
[审题指导] (1)明确第一宇宙速度的定义。 (2)运用 F 万＝F 向求解。
[解析] 设质量为 m 的某行星绕白矮星做近地飞行。行星
做圆周运动的向心力等于它与白矮星间的万有引力。
即 GMr2m＝mvr2，而 M＝ρV
由上式得 v＝
4πG3ρR2，代入数据求得白矮星的第一宇
宙速度 v＝4×104 km/s。
D．相对论与量子力学否定了经典力学理论 解析：经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A 错 B 对。在经典力学中，物体的速度 v≪c，所以物体的质量不随运 动状态而改变，但相对论和量子力学并不否认经典力学，认为 它是在一定条件下的特殊情形，C 正确，D 错误。 答案：BC
2．[多选](2015·广东六校联考)地球同步卫星，离地心距离为 r，
加速度是地球的 2 倍，则行星的第一宇宙速度为
()
A．15.8 km/s
B．7.9 km/s
相对论ppt课件
为 0.99c8，
计算（1）在地球上测得子的 平均寿命；（2）上述子在衰
变前在地球中通过的平均路程
解：（1）由于子相对地球的速率 0.9，9其c8
固有时间为 02.15106s
则其平均寿命为
0
3.4105s
1v2c2
（2）在时间 内， 子相对地球所经历的路程
yv1.0 2140m与实验结果相符！
说明
x2 x1 l
l0
12
(
)
错在哪里？
（2）长度收缩发生在相对运动
的方向上 (yy',zz')
3、时间的延缓
设在 系s 中一只静止的钟，在同一地点
(间x1） )t纪x2录t2 两事t，1 件则的0 在时系间中间s记隔录（的固时有间时间隔
为多少？t t2 t1
由洛伦兹变换式得
t2t1t2 t11cv2x22 x1
三、狭义相对论的基本原理
1、相对性原理 物理定律在所有惯性系中具 有相同的表述形式
2、光速不变原理 真空中的光速是常量，不依赖于惯性系
的选择，与光源或观察者的运动无关。
（1964-1966年，欧洲核子中心的实验直接验证 了光速不变的原理：
以 0.99的9高7速c5飞行的 介子， 在0 飞行中辐
射光子，得到光子的实验室速度数值仍然是 ）
3c4 5 9 10 8 m
4
5
例题4、设一容器长 l ，以速
率 vvc 沿长度方向运动，
某时刻由容器尾部沿长度方
向发射一粒子。以 u相对容器
飞行，求在地面观察，该粒子从尾部到前端 时间
解：考虑相对论效应，取容器为 s系，则
在 系s中，粒子从尾部到前端时间为
t'
计算（1）在地球上测得子的 平均寿命；（2）上述子在衰
变前在地球中通过的平均路程
解：（1）由于子相对地球的速率 0.9，9其c8
固有时间为 02.15106s
则其平均寿命为
0
3.4105s
1v2c2
（2）在时间 内， 子相对地球所经历的路程
yv1.0 2140m与实验结果相符！
说明
x2 x1 l
l0
12
(
)
错在哪里？
（2）长度收缩发生在相对运动
的方向上 (yy',zz')
3、时间的延缓
设在 系s 中一只静止的钟，在同一地点
(间x1） )t纪x2录t2 两事t，1 件则的0 在时系间中间s记隔录（的固时有间时间隔
为多少？t t2 t1
由洛伦兹变换式得
t2t1t2 t11cv2x22 x1
三、狭义相对论的基本原理
1、相对性原理 物理定律在所有惯性系中具 有相同的表述形式
2、光速不变原理 真空中的光速是常量，不依赖于惯性系
的选择，与光源或观察者的运动无关。
（1964-1966年，欧洲核子中心的实验直接验证 了光速不变的原理：
以 0.99的9高7速c5飞行的 介子， 在0 飞行中辐
射光子，得到光子的实验室速度数值仍然是 ）
3c4 5 9 10 8 m
4
5
例题4、设一容器长 l ，以速
率 vvc 沿长度方向运动，
某时刻由容器尾部沿长度方
向发射一粒子。以 u相对容器
飞行，求在地面观察，该粒子从尾部到前端 时间
解：考虑相对论效应，取容器为 s系，则
在 系s中，粒子从尾部到前端时间为
t'
经典时空观与相对论时空观
第二节 经典时空观与相对论时空观
【例题】A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上， B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行， vB<vC，地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最 快？
【答案】C时钟走得最慢，A走得最快。
1-75
6
第二节 经典时空观与相对论时空观
【例题】一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人 测得：某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，那
1-75
1
第二节 经典时空观与相对论时空观
二.相对论时空观
1.狭义相对论的理论前提 ①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 ——不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同。
2.狭义相对论的基本结论 ①“同时”的相对性 ②运动的时钟变慢 ③运动的尺子缩短
④物体质量随速度的增大而增大。
么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车 上的人怎样解释自己的测量结果？
【解答】
火车上的人测得：闪光先到达前壁。
如图，由于地面人测得闪光同时
到达前后两壁，而在光向前后两壁传
播的过程中，火车要相对于地面向前
运动一段距离，所以光源发光的位置
【注意】只有高速运动时，以上1-75效应才明显。
2
第二节 经典时空观与相对论时空观
三.两种时空观的对比较来自经典时空观相对论时空观
同时的绝对性
同时的相对性
主要 时间间隔的绝对性 结论 空间距离的绝对性
运动的时钟变慢 运动的尺子变短
质量不变
质量随速度的增大而增大
主要 内容
时间和空间彼此独立、互 时间和空间相互关联，质
第二节 经典时空观与相对论时空观
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【答案】C时钟走得最慢，A走得最快。
1-75
5
第二节 经典时空观与相对论时空观
【例题】一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人 测得：某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，那
么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车 上的人怎样解释自己的测量结果？
【解答】
火车上的人测得：闪光先到达前壁。
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9
※疑问解释——运动的尺子缩短
※
1-75
10
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
第二节 经典时空观与相对论时空观
一.经典时空观
1.惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。 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。 3.经典时空观（绝对时空观） 时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。 4.经典力学的几个基本结论
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
【例题】以8km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手 表走过了1mim，地面上的人认为它走过这1mim “实际” 上花了多少时间？
【答案】 t t'
1
13.61010m in
1v c2
18 3 1 10 03 82
1-75
7
※疑问解释——同时的“相对性”
1-75
8
※疑问解释——运动的时钟变慢
不关联，且不受物质或运 量随物体的运动状态的改
动的影响。
变而改变。
1-75
3
第二节 经典时空观与相对论时空观
【例题】地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在火箭中 沿两个事件发生地点连线飞行的人来说(如图所示)，哪个事 件先发生?
【答案】B事件先发生。
1-75
4
第二节 经典时空观与相对论时空观
【例题】A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、 C 分 别 放 在 两 个 火 箭 上 ， 以 速 度 vB 和 vC 朝 同 一 方 向 飞 行 ， vB<vC，地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最 快？
如图，由于地面人测得闪光同时
到达前后两壁，而在光向前后两壁传
播的过程中，火车要相对于地面向前
运动一段距离，所以光源发光的位置
一定离前壁较近，这个事实对于车上、
车下的人都是一样的。在车上的人看
来，既然发光点离前壁较近，各个方
向的光速又是一样的，当然闪光先到
达前壁。
1-75
6
第二节 经典时空观与相对论时空观
【注意】只有高速运动时，以上1-75效应才明显。
2
第二节 经典时空观与相对论时空观
三.两种时空观的对比较
经典时空观
相对论时空观
同时的绝对性
同时的相对性
主要 时间间隔的绝对性 结论 空间距离的绝对性
运动的时钟变慢 运动的尺子变短
质量不变
质量随速度的增大而增大主来自 内容时间和空间彼此独立、互 时间和空间相互关联，质
1-75
1
第二节 经典时空观与相对论时空观
二.相对论时空观
1.狭义相对论的理论前提 ①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 ——不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同。
2.狭义相对论的基本结论
①“同时”的相对性 ②运动的时钟变慢 ③运动的尺子缩短
④物体质量随速度的增大而增大。
谢谢你的到来
学习并没有结束，希望大家继续努力
Learning Is Not Over. I Hope You Will Continue To Work Hard
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日