15-1、2相对论的诞生和时间和空间的相对性

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＝
。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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
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重点难点突破
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知识自主梳理
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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( )
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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？
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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
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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？
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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。
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课堂情景切入
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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？
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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。
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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。
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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
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第一节 相对论的诞生 第二节 时间和空间的相对性
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●学法指导 学习本章前应先复习、了解在前面学习过的有关经典力 学的局限性内容，在学习中要注意相对论时空观的学习。本 章的学习应采用独立思考和交流讨论相结合方法。在学习本 章的过程中，还应注意相对论的全面阐述，这要用到较多的 高等数学知识，在这里做到了解即可，不必探究。
A．飞机为非惯性参考系 C．灾民为非惯性参考系
B．飞机为惯性参考系 D．灾民为惯性参考系
答案：BD
第十五章
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解析：物品投放后，仅受重力作用，飞行员看物品是初 速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯 性参考系，B对；而地面上的人员看物品做初速度不为零的 抛体运动，也符合牛顿运动定律 ，D也对。
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特别提醒： 如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系？ 我们通常选大地是惯性参考系，相对于地面静止或做匀速运 动的物体都是惯性参考系；相对于地面做变速运动的物体都 是非惯性参考系。
第十五章
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1 C．在以 c 竖直方向上升的火箭上沿水平方向发出 1 000 的光对地速度为 c 1 D．在以 c 竖直方向上升的火箭上向任一方向发出 1 000 的光对地速度都为 c
答案：CD 解析：根据光速不变原理可知C、D正确。
第十五章
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知识点3
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 也是相同的 。 (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 不一定同时 。
课堂情景切入 考点题型设计 知识自主梳理 课后强化作业 重点难点突破
第十五章
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学习目标定位
第十五章
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※ ※ ※
了解同时的相对性 了解长度的相对性和时间间隔的相对性 了解相对论的时空观
第十五章
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3．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。