15-1、2相对论的诞生和时间和空间的相对性
课件7：15.1-15.2相对论的诞生 时间和空间的相对性
寻找以太“大失败”
►1 ） 迈克耳逊他们如实地报道了他们的实验结果，但他 没有意识到他所做的实验给出的结果所具有的重大意义： 根本没有以太这种东西！ 迈克耳逊称他的实验是一次没 有给出预期结果的大失败。
►2 ） 但是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为 “神圣”的经典物理学的根基：光的波动说理论和麦克 斯韦电磁理论都是建立在以太基础之上的。
但同时他也承认“明朗的天空中还有两朵小 小的、令人不安的乌云”。
与黑体辐射有关 与光速问题有关
量子理论诞生 相对论诞生
正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理 学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲 目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基 础作出了贡献。
1、惯性系：牛顿运动定律成立的参考系
相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参 考系也是惯性系
但是19世纪中叶，人们在研究与物体运动有 关的电磁现象时，发现电磁现象的规律不符合相 对性原理。
其中最典型的就是光速的问题。
19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了 顶峰。他的成就在于将当时所有已知的电磁学的知识 归纳集中于四个方程之中：
c 1 3.0108m/s
0 0
由麦克斯韦 方程组可以直接 得出：电磁波的 速度等于光速c， 并不涉及参考系 的问题，这与经 典力学的速度合 成法则一致吗？
T 谢谢观看 HANK YOU!
1 相对论的诞生
►19世纪末物理学取得了巨大的成就： ►牛顿力学 热力学 统计物理学 电磁场理论 ►形成了完整的物理学体系，并被赞誉为： ►“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”
在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上， 著名的物理学家，威廉·汤姆孙，回顾了物理学 在过去几百年中的发展，充满自信地宣称：科学 的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一 些修修补补的工作就可以了。
高考物理总复习 1.2 相对论简介 1.2.11.2.2 相对论的
思考判断
(1)一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家 的观点。( √ ) (2)一根杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0。( × ) (3)“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化。( × ) (4)长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变。( √ ) (5)高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了。( √ ) (6)地面上的人认为两个事件同时发生，而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认 为。( √ )
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____时的长度小。与杆相对静止的人认为杆长为 l0，与杆相对运 动的人认为杆长是 l，那么两者之间的关系是：l＝l0 1－vc2。
时间和空间的相对性
［要点归纳］
几个结论的理解要点 (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。
1.2 相对论简介 1.2.1 相对论的诞生 1.2.2 时间和空间的相对性
学习目标
核心提炼
1.了解经典的相对性原理。 2个基本假设——狭义相对性原理、
2.知道狭义相对论的两个基本假设。 光速不变原理
3.理解“同时”的相对性。 3个相对性——“同时”的相对性、
4.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别， 长度的相对性、时间间隔的相对性
2020-2021学年高中物理人教版选修3-4：15.1-2 相对论的诞生 时间和空间的相对性
4．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设 (1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．
【例 1】 关于狭义相对论，下列说法不正确的是( ) A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都 是相同的 B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等 于 c，与光源的运动无关 C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系 D．狭义相对论任何情况下都适用
要点一 经典的相对性原理与狭义相对论 1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系为惯 性系，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． 3．相对性原理与电磁规律 (1)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． (2)迈克耳孙——莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相 对运动，光速都是相同的．
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 v 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．
3．经典时空观和狭义相对论时空观：
(1)经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间
和时间没有联系，即与物质的运动无关．
(2)狭义相对论时空观：空间和时间与物质运动状态有关．
ห้องสมุดไป่ตู้
提醒：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．
相对论的诞生时间和空间的相对性 课件
1.惯性系和非惯性系
(1)惯性系:牛顿运动定律能够成立的参考系称为惯性参考系。牛
顿定律成立的这个参考系是惯性参考系,相对于这个参考系做匀速
直线运动的另一个参考系也是惯性参考系。
(2)非惯性系:牛顿定律不能成立的参考系称为非惯性参考系。例
如:我们坐在加速的车厢里,以车厢为参考系观察路边的树木、房
根据图示考虑以下几下问题
(1)如图所示,参考系O'相对于参考系O静止时,人测得的光速应是
多少?
(2)参考系O'相对于参考系O以速度v向右运动,人测得的光速应
是多少?
(3)参考系O'相对于参考系O以速度v向左运动,人测得的光速又
是多少?
要点提示：根据速度合成法则,第一种情况人测得的光速应是c,
第二种情况应是c+v,第三种情况应是c-v。而根据狭义相对论理论,
里站着一个观测者小明;站台上站着一个观测者小芳,如图所示。
请问小明和小芳所测得的光信号往返的时间各是多少?它们相等
吗?
【思考问题】 在甲、乙两图不同的参考系中光速变了吗?
提示：光速与参考系的选取无关,真空中的光速总是c。
解析：在车厢里的小明观测到,光信号走过的距离是2h,因此往
2ℎ
返时间Δτ= 。
动尺变短和动钟变慢
一架飞机在上海杨浦大桥上空匀速飞过,飞机飞行方向与大桥平
行,问飞机上的乘客看到的大桥长度与静止观察时相比有什么变化?
要点提示：变短了。
1.动尺变短
2
1 ,l0是相对于杆静止的观察
狭义相对论中的长度公式:l=l0
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v运
动时,静止的观察者测量的长度,还可以认为杆不动,而观察者沿杆
高中物理 第十五章 相对论简介 第1、2节 相对论的诞生
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 不一定是同时的 。
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,其长度总比杆 静止 时的长度小。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
1．[多选]根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论 ( ) A．任何力学规律在惯性系中都是相同的 B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在 匀速运动 D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在 匀速运动 解析：伽利略的相对性原理是力学规律在任何惯性系中都是相 同的，故选项 A 正确，B 错误；根据伽利略相对性原理的另 一种表述，选项 C 正确，D 错误。 答案：AC
第 1、2 节
相对论的诞生 时间和空间的相对性
1．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假 设：在不同的惯性参考系中，一切物 理规律都是相同的；真空中的光速在 不同的惯性参考系中都是相同的。
2．时间和空间的相对性：“动尺变短”、 “动钟变慢”。
一、相对论的诞生
1．经典的相对性原理 (1)惯性系： 牛顿运动 定律能够成立的参考系。相对一个惯性 系做 匀速直线 运动的另一个参考系也是惯性系。 (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。
2．“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt＝
Δτ 中， 1－vc 2
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
第十五章第一节相对论的诞生第二节时间和空间的相对性
第十五章相对论简介第一节相对论的诞生第二节时间和空间的相对性[学习目标] 1.知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设． 2.知道狭义相对论的几个主要结论． 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．一、相对论的诞生(阅读教材P96～P98)1．经典的相对性原理(1)惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系．相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．(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．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．拓展延伸►———————————————————(解疑难)力学的相对性原理和狭义相对论的区别力学的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说都遵从同样的规律；或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的、平权的．因此无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态．而狭义相对论指的是物理规律(不论是力学规律还是电磁规律)在所有惯性系中都是相同的，因此各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系．因此狭义相对论所指范围更大，内容更丰富．1.(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．()提示：(1)√ (2)√ (3)× 二、时间和空间的相对性(阅读教材P 98～P 103)1．“同时”的相对性(1)经典物理学认为：如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的． (2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中不一定是同时的．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，其长度总比静止时的长度小．与杆相对静止的人认为杆长为l 0，与杆相对运动的人认为杆长是l ，那么两者之间的关系是：l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2． 3．时间间隔的相对性(1)经典物理学认为：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．(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．设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示相对事件发生地以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 ＝Δτ1－⎝⎛⎭⎫v c 2 .4．相对论的时空观(1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间和时间之间也是没有联系的．(2)相对论时空观：空间和时间与物质的运动状态有关．拓展延伸►———————————————————(解疑难)1．不同惯性系中的观测者对同一物体进行观测，测得的结果并不相同，而物体本身不收缩．2．在垂直于运动方向不发生收缩效应现象．3．由于运动是相对的，在某一个参考系中观察另一个不同参考系里发生的物理事件时，总能感到时间延缓效应．2.经典时空观和狭义相对论时空观中，空间和时间有什么不同？提示：经典时空观中空间和时间是绝对的，与物质的运动状态无关；在狭义相对论时空观中，空间和时间是相对的，与物质的运动状态有关．。
相对论简介-PPT课件
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。
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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。
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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。
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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
相对论的诞生 时间和空间的相对性 课件
【素养升华】 狭义相对论的相对性原理 力学规律对惯性系来说都是相同的,但是光速是不变的。光速 的大小与选取的参考系无关,在任何情况下,真空中的光速都是 c。
二、动尺变短与动钟变慢
规律方法
1.“动尺变短”:狭义相对论中的长度公式:l=l0
1 ( v)2 中,
c
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
3
在K′系的x′y′平面内静置一长为
5m、与x′轴成30°角的杆。试问:在
K系中观察到此杆的长度和杆与x轴的夹角分别为多大?
【标准解答】设杆固有长度为l0,在K′系中x′方向上:
l0x=l0cosα′,y′方向上:l0y=l0sinα′,由长度的相对性得
K系中x方向上:lx=l0x
1 (v)2 c
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,其长度总比杆_静__止__时的长度小。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_。
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? 在什么情况下,相对论效应比较明显? 提示:在平时生活中,物体运动的速度都非常慢,与光速c相比均 可忽略,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。
2.狭义相对论的两个基本假设: (1)实验基础:不论光源与观测者做怎样的相对运动,光速都是 _一__样__的__。 (2)两个基本假设:
相对论的诞生 时间和空间的相对性
五、相对论的时空观
牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间 牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间 物理学的绝对时空观 与时间是绝对分离没有联系的 是绝对分离没有联系 与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而 单独存在，与物质的运动无关。 单独存在，与物质的运动无关。 而相对论认为：有物质才有时间和空间， 而相对论认为：有物质才有时间和空间， 空间和时间与物体的运动状态有关。 空间和时间与物体的运动状态有关。 人类对于空间、 人类对于空间、时间更进一步的认识而形 成的新的时空观， 成的新的时空观，是建立在新的实验事实和 相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上， 相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上， 不断发展、不断完善起来的。 不断发展、不断完善起来的。
一、“同时”的相对性 同时”
车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到 达前后车厢的先后是不一样的． 达前后车厢的先后是不一样的． 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 的观察者认为光 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁 的观察者认为光
v
光速＝ 光速＝ c
光速＝ 光速＝ c−v
c = 2.99×10 mS
8
−1
任何参照系中测得的光在真空的速率 都应该是这一数值 这一结论还特别为后来的很多精确的实验 所证实，最著名的是1887 1887年迈克尔逊和莫雷 所证实，最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷 所做的实验。 所做的实验。它们都明确无误地证明光速的 测量结果与光源和测量者的相对运动无关， 测量结果与光源和测量者的相对运动无关， 亦即与参照系无关。 亦即与参照系无关。 可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 原理. 原理.
课本P 课本P99 思考与讨论
相对论的诞生 时间和空间的相对性 课件
2.狭义相对论的两个基本假设 （1）实验基础 不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是_一__样__的__. （2）两个基本假设
狭义相对 在不同的_惯__性__参考系中，一切_物__理__规律都
性原理 是相同的
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
【判一判】 （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.( ) （4）在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否在 相对另一个惯性系做匀速直线运动.( )
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 度总比杆_静__止__时的长度小.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=____l0__1__(vc_)_2 __.
时间间隔的相对性公式： t
1（ v ）2 中，Δ τ 是相对事件发
c
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Δ t是相对于事件发生地以速度v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.也就是说：在相对运动
的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭
当火箭的速度达到0.6
c时，由相对论长度公式
l l0
1（ v ）2 c
代入相应的数据解得： l 100 1 0.62 km 80 km.
2020学年高中物理第十五章相对论简介第1、2节相对论的诞生时间和空间的相对性教学案3-4
第1、2节 相对论的诞生__时间和空间的相对性一、相对论的诞生1．经典的相对性原理(1)惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系。
相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。
(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。
2．狭义相对论的两个基本假设(1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是一样的。
(2)两个基本假设： 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 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 1．“同时”的相对性(1)经典的时空观：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)相对论的时空观：“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不一定是同时的。
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，其长度总比杆静止时的长度小。
设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l 0，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 、l 0、v 的关系是l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2。
1．自主思考——判一判(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。
(×)(4)在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对另一个惯性系做匀速直1.爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
2．时间和空间的相对性：“动尺变短”、“动钟变慢”。
线运动。
(√)(5)在狭义相对论时空观中空间和时间与物质的运动状态无关。
(×)2．合作探究——议一议(1)运动的时钟变慢是不是因为时钟的构造因运动而发生了改变？提示：运动的时钟变慢是在两个不同的惯性系中进行时间比较的一种效应，不是因为时钟的结构或精度因运动而发生了改变。
相对论的诞生 时间和空间的相对性课件
2．对狭义相对论几个主要结论的理解
(1)几个主要结论
相对事件发生地 或物体静止的参
考系中观察
相对事件发生地或物体运动的参考系中观 察
同时的相 事件同时但不同
对性
地点发生
事件不同时发生
时间间隔 两个事件发生的 两事件发生的时间间隔大．Δt＝ 的相对性 时间间隔为Δτ
Δτ 1－vc2
长度的相 对性
杆的长度为l0
Δt＝Lu＝504.8mc ＝2.25×10－7s. (2)航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为： Δt′＝Lu0＝900.8mc ＝3.75×10－7s. 【答案】 (1)2.25×10－7s (2)3.75×10－7s
【方法归纳】 (1)熟记狭义相对论的几个结论是解答此类问题 的关键．
(2)对这些结论或公式用于分析和计算时，要注意理解其中各量 的意义，切记不可盲目乱套公式．
(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．
二、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性： (1)经典的时空观：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)相对论的时空观：“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不一定是同 时的。
相对论的诞生 时间和空间的相对性 课件
5.经典时空观和相对论时空观哪一个是正确的?哪一个是错 误的? 提示：两者都不能说错误,只是相对论时空观更具有普遍性, 经典时空观虽有局限性,但作为相对论时空观在低速运动时 的特例,在自己的适用范围内还将继续发挥作用.
（1）同时的相对性基于相对论的两个基本假设. （2）长度的相对性(动尺缩短)，是“同时”的相对性带来 的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关， 当物体运动速度越接近光速时，这种收缩效应就变得越显著. （3）由于参考系的运动,参考系上物体的一切物理、化学过 程和生命过程都变慢了:化学反应慢了,甚至人的动作、人的 新陈代谢也变慢了……但在该参考系上的人却没有这样的感 觉.
少？
【解析】由题知v=0.6c，l0 =4.0 m则
l l0
1 （ v ）2 4.0 c
1 （ 0.6c ）2 m 3.2 m c
答案：3.2 m
【规范解答】选A、C.根据狭义相对论原理,在不同的惯性参 考系中,一切物理规律都是相同的,A对;真空中的光速在不同 的惯性参考系中都是相同的,与光的频率、光源的运动状态 没有关系,B错,C对;狭义相对论认为没有特殊参考系,D错.
1.怎样理解同时的相对性？ 提示：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 察是不同时的，如图.
2.对光速不变原理如何理解？ 提示：我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也 不同，这是经典力学中速度的概念，但是，1887年迈克耳 孙—莫雷实验中证明的结论是：不论取怎样的参考系，光速 都是一样的，也就是说光速的大小与选取的参考系无关，光 的速度是从麦克斯韦方程组中推导出来的，它没有任何前提 条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的速度.
15-1、15-2 相对论的诞生 时间和空间的相对性
第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性学习目标：1.知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设.2.知道狭义相对论的几个主要结论.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．一、相对论的诞生[课本导读]预习教材第96页～第98页“相对论的诞生”部分，请同学们关注以下问题：1．什么是惯性系？2．伽利略相对性原理的内容是什么？3．狭义相对论的两个基本假设是什么？[知识识记]1．经典的相对性原理(1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．(2)经典的相对性原理的三种表述①表述一(伽利略相对性原理)：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．2．经典相对性原理解释电磁规律的困难迈克耳孙—莫雷实验得到的结果：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光相对于观察者的速度都是一样的，这与经典相对性原理相矛盾．3．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．二、时间和空间的相对性[课本导读]预习教材第98页～第103页“时间和空间的相对性”部分，请同学们关注以下问题：请分别说出经典时空观和狭义相对论对“同时”的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性和时间间隔的相对性认识上的区别．[知识识记]1．“同时”的相对性(1)经典物理学认为：如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的．(2)狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在同一个参考系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个参考系中不一定是同时的．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，其长度总比静止时的长度小．与杆相对静止的人认为杆长为l 0，与杆相对运动的人认为杆长是l ，那么两者之间的关系是：l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2. 3．时间间隔的相对性(1)经典物理学认为：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔总是相同的．(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．设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示相对事件发生地以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 ＝Δr1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2.4．相对论时空观(1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间和时间之间也是没有联系的．(2)相对论时空观：空间和时间与物质的运动状态有关．1．惯性参考系中牛顿运动定律一定成立．( )[答案] √2．由于在任何惯性参考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．( )[答案] √3．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．( )[答案] √4．在不同的惯性系中，光速是不相同的．( )[答案] ×5．根据相对论的时空观，不同惯性系中发生的两个事件的时间间隔可能是不同的．( )[答案] √6．相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大．() [答案]×7．高速飞行的火箭中的时钟要变慢．()[答案]√要点一经典相对性原理与狭义相对性原理——概念辨析型[合作探究]根据图示考虑以下几下问题(1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人测得的光速应是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人测得的光速应是多少？(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动，人测得的光速又是多少？提示：根据经典相对性原理，(1)第一种人测得的光速应是c，(2)第二种情况是c＋v，(3)第三种情况是c－v.而根据狭义相对论理论，光速不变，都是c.[知识精要]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．3．伽利略相对性原理与电磁规律：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，但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．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．4．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们遵从的物理规律是相同的．(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．光速不变原理强调真空中的光速不变，与光源、观察者间的相对运动没有关系．[题组训练]1．(伽利略相对性原理)(多选)根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论()A．力学规律在任何惯性系中都是相同的B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C．在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动D．在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动[解析]由伽利略相对性原理可知A、C正确．[答案]AC2．(狭义相对论)关于狭义相对论，下列说法不正确的是() A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D．狭义相对论任何情况下都适用[解析]根据狭义相对论的基本假设可知，选项A、B正确；狭义相对论只涉及惯性参考系，不涉及非惯性参考系，选项D错误，选项C正确．[答案]D要点二时间与空间的相对性——概念辨析型[合作探究]在天宫一号或二号空间站中的一分钟，在我们地面上也是一分钟吗？提示：不是．[知识精要]1．时间和空间的相对性2.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．3．经典时空观和狭义相对论时空观(1)经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间没有联系，即与物质的运动无关．(2)狭义相对论时空观：空间和时间与物质运动状态有关．[题组训练]1．(同时的相对性)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[解析]因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮．[答案]C2．(相对论的时空观)(多选)用相对论的观点判断，下列说法正确的是()A．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不会改变B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度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C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度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要扁一些D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计[解析] 按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A 错误；由Δt ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的时钟相对宇航员静止，时钟准确，B 正确；由l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，地面上的人看飞船和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小，C 正确；当v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，故D 正确．[答案] BCD3．(相对论的时空观)如图所示，两艘飞船A 、B 沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v (v 接近光速c )．地面上测得它们相距为L ，则A 测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L .当B 向A 发出一光信号，A 测得该信号的速度为________．[答案] 大于 c (或光速)课堂归纳小结[本节小结]1．经典的相对性原理：惯性系；经典相对性原理．(要点一题组训练1)2．狭义相对论的实验基础：迈克耳孙—莫雷实验．狭义相对性原理的两个基本假设：(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；(2)真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的．(要点一题组训练2)3．经典时空观与相对论时空观的主要区别：(要点二题组训练1、2)(1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间和时间之间也是没有联系的．(2)相对论时空观：空间和时间与物质的运动状态有关.。
课件6:：15.1-15.2相对论的诞生 时间和空间的相对性
【解析】 当火箭速度较低时，长度基本不变，还是 100 km.
当火箭的速度达到 0.6c 时，由相对论长度公式 l＝l0 相应的数据解得：l＝100× 1－0.62km＝80 km.
1－vc2代入
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．
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____．
知识点二 时间和空间的相对性
1．“同时”的相对性
(1)经典的时空观：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)相对论的时空观：“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．
学生分组探究一 狭义相对论两个基本假设的理解 第1步探究——分层设问，破解疑难 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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设相对于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
l0
v 1－ c 2
l，l0，v的关系是：l＝
。
第十五章
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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 。 (2)相对论的时间观：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。
第十五章
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设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间 间隔，Δt表示相对事件发生地以v高速运动的参考系中观察 Δτ v2 1－ c 同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt＝ 。
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2．怎样理解“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt ＝ Δτ v2 1－ c ，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是相于事件发生地以 速度v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。也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化 过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀。
第十五章
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二、怎样理解“动尺变短”和“动钟变慢” 1．怎样理解“动尺变短”：狭义相对论中的长度公 式：l＝l0
v 1－ c 2
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v运动 时，静止的观察者测量的长度。还可以认为是杆不动，而观 察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度。
第十五章
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特别提醒： 以上结论是狭义相对论的必然结论，而狭义相对论的正 确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必然发生的 现象，是客观存在的事实，绝不是人们的主观臆造，人们之 所以平常观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运动的 世界里。
第十五章
答案：在地面的观察者看来光信号的速度还是 c，不是 1.1c。
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点评：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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判断下列说法是否正确(
)
1 A．在以 c 竖直方向上升的火箭上向前发出的光， 1 000 对地速度一定比 c 大 1 B．在以 c 竖直方向上升的火箭上向前发出的光， 1 000 对地速度一定比 c 小
一、对惯性系和非惯性系的认识 1．惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系称为惯性 参考系。相对于这个参考系做匀速直线运动的另一个参考系 也是惯性参考系。
第十五章
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2．非惯性系：牛顿定律不能成立的参考系称为非惯性 参考系。例如：我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观 察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿第二定律，房 屋和树木应该受到不为零的合力作用，但事实上没有，也就 是牛顿定律不成立，这里的加速车厢就是非惯性参考系。
第十五章
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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 时的长度小。
第十五章
第一节 第二节
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解析：人是站着的，路旁的人观察到的车内的人沿车运 动的方向上的长度(决定胖瘦)变短了，所以人变瘦。但人在垂 直于车运动方向上的长度(决定身高)不变。
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考点题型设计
第十五章
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题型 1
不能 判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线
运动。 表述三：任何惯性系都是 平权 的。
第十五章 第一节 第二节
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知识点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，一切物理定律都是相同的。 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，光 速与光源、观测者间的相对运动 没有 关系。
4．相对论时空观 (1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是 绝对 的，空间和时间之间也是 没有 联系的。 (2)相对论时空观：空间和时间与物质的 运动状态 关。 有
第十五章
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重点难点突破
第十五章
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第十五章
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知识自主梳理
第十五章
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知识点1
经典的相对性原理
1.惯性系：如果 牛顿运动 定律在某个参考系中成立， 这个参考系就叫惯性系。 2．经典相对性原理 表述一：力学规律在任何 惯性系 中都是相同的。 表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都
2012年7月21日北京连降暴雨，致使部分地区受灾，武 警总队特派一飞机前往，飞机在某高空做匀速直线运动，投 放一包救急物品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物 品做自由落体运动，物品刚好落在灾民救济处，根据经典时 空观，则下列说法正确的是( )
第十五章
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题型 2
时间间隔的相对性
假如一对孪生兄弟 A 和 B，其中 B 乘坐速度为 v＝ 0.9c 的火箭飞往大角星，而后又飞回地球。根据 A 在地球上 的观测，大角星离地球有 40 万光年，这次 B 往返飞行经历 时间为 80.8 年。如果 B 在离开地球时，他们的年龄都为 20 岁，试问当 B 回到地球时， 他们的年龄各有多大？
第一节 第二节
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假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车内站立 着一个中等身材的人，站在路旁边的人观察车里的人，观察 的结果是( )
A．这个人是一个矮胖子 B．这个人是一个瘦高个子 C．这个人矮但不胖 D．这个人瘦但不高
答案：D
第十五章 第一节 第二节
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对光速不变原理的理解
如图所示，2012 年 6 月 18 日“神舟九号”飞船在
高空以 0.1c 的速度向“天宫一号”飞行，宇航员刘旺从飞船 上向“天宫一号”发射一个光信号，则在地面的观察者看来 光信号的速度是 1.1c 吗？
第十五章
第一节 第二节
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解析：由经典力学的相对性原理可知，光信号相对地面 的速度 v＝c＋0.1c＝1.1c， 但根据狭义相对论中的光速不变原 理，真空中的光速相对于飞船为 c，相对于地面也为 c，对不 同惯性参考系是相同的，这一判断被麦克耳孙——莫雷实验 所证实。
第一节 第二节
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课堂情景切入
第十五章
第一节 第二节
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在一节长为L的列车车厢的两端，分别装置一只光信号 接收器A和B。当车厢中点处的灯发出一次闪光，向车厢的 前、后端传播。若车厢以速度v沿着K系的x轴方向匀速前 进，则在车厢中的观察者认为，该闪光分别传播到A和B所经 过的距离相等，A和B应同时接收到该光信号；可是，在地面 上的观察者认为，当光信号经过时间t传到B时，由于在这段 时间t内车厢相对于地面向前移过了距离vt，所以这时B相对 于A要较迟才能接收到光信号。你思考过这个问题吗？
成才之路· 物理
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路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
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第十五章
相对论简介
第十五章
相对论简介
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学习导言
第十五章
相对论简介
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●情景切入 地球上有一对孪生兄弟，哥哥乘飞船遨游太空，弟弟仍 留在地球上。相对论告诉我们，当哥哥返回到地球时，遨游 太空的哥哥会更年轻！这就是有趣的“双生子佯谬”，它展 示了一个全新的时空观。
第十五章
相对论简介
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●知识导航 本章只是对相对论做了一个简单的介绍，同学们在学习 时可以主要了解以下内容：狭义相对论的两个基本假设，时 间和空间的相对性，狭义相对论的其他结论 ，广义相对论简 介等知识。本章内容绝大多数是要求同学们了解或知道，更 深的内容要到以后继续学习。
第十五章
相对论简介
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●考纲须知 内容 狭义相对论的基本假设 质速关系、质能关系 相对论质能公式 要求 Ⅰ Ⅰ Ⅰ
第十五章
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