高中物理 5.1-5.2課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,一、狹義相對論的誕生與基本原理 1.狹義相對論的誕生 愛因斯坦在大學(xué)時就開始注意“以太”的爭論及邁克爾遜和莫雷的實驗,他深信麥克斯韋電磁理論和光速不變的事實。經(jīng)過7年的研究,認(rèn)識到不同速度的地方(即參考系)的時間是不一樣的,時間會因相對速度而改變。 2.狹義相對論的兩個基本假設(shè),,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,二、時間和空間的相對性 1.“同時”的相對性 (1)經(jīng)典的時空觀:在同一個慣性系中不同地點(diǎn)同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系中觀察也是同時的。 (2)相對論的時空觀:“同時”具有相對性,即在同一個慣性系中不同地點(diǎn)同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系中觀察不一定是同時的。,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,2.時間間隔的相對性 (1)經(jīng)典的時空觀:兩個事件在不同的慣性參考系中觀測,它們之間的時間間隔總是相同的。 (2)相對論的時空觀:兩個事件在不同的慣性參考系中觀測,它們之間的時間間隔是不同的。 設(shè)Δt表示相對事件發(fā)生在靜止的慣性系中觀測的時間間隔,Δt表示相對事件發(fā)生在以v高速運(yùn)動的參考系中觀察同樣兩事件的時間間隔,則它們的關(guān)系是,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,3.空間距離的相對性 (1)經(jīng)典的時空觀:一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運(yùn)動而不同。 (2)相對論的時空觀:“長度”也具有相對性,一條沿自身長度方向運(yùn)動的桿,其長度總比靜止時的長度小。設(shè)相對于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長度為l,與桿有相對運(yùn)動的人認(rèn)為桿的長度為l,桿相對于觀察者的速度為v,則l、l、v的關(guān)系是,,,,,,,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、經(jīng)典相對性原理與狹義相對論的兩個基本假設(shè) 1.慣性系和非慣性系:牛頓運(yùn)動定律能夠成立的參考系為慣性系,相對于這個慣性系做勻速直線運(yùn)動的另一個參考系也是慣性系。牛頓運(yùn)動定律不成立的參考系稱為非慣性系。 2.伽利略相對性原理:力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。 3.相對性原理與電磁規(guī)律:根據(jù)麥克斯韋的電磁理論,真空中的光速在任何慣性系中都是一個常量,但是按照伽利略的相對性原理,在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的。邁克耳孫—莫雷實驗證明不論光源與觀察者做怎樣的相對運(yùn)動,光速都是相同的。 4.愛因斯坦狹義相對論的兩個基本假設(shè): (1)在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的; (2)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,與光源的運(yùn)動和觀察者的運(yùn)動無關(guān)。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,對光速不變原理如何理解? 答案:我們經(jīng)常講速度是相對的,參考系選取不同,速度也不同,這是經(jīng)典力學(xué)中速度的概念,但是1887年邁克耳孫—莫雷實驗中證明的結(jié)論是:不論取怎樣的參考系,光速都是一樣的。也就是說光速的大小與選取的參考系無關(guān),光的速度是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來的,它沒有任何前提條件,所以這個速度不是指相對某個參考系的速度。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 假如一列火車以0.75c(c為光速)的速度向站臺駛來,從火車上向站臺上的觀測者發(fā)射一個光信號。在火車上測得光離開的速度是c,根據(jù)過去熟悉的速度合成法則,光到達(dá)站臺上的觀測者時,該觀測者測得的光速是多少?根據(jù)狹義相對性原理,該觀測者測得的光速又是多少?哪種測法得出的光速是正確的? (導(dǎo)學(xué)號51150080) 思路分析根據(jù)經(jīng)典的速度合成法則,光相對于觀測者的速度等于光相對火車的速度與火車相對觀測者的速度的矢量和。 解析:根據(jù)過去熟悉的速度合成法則,光相對于觀測者的速度為v=c+0.75c=1.75c;根據(jù)狹義相對性原理,光速與光源、觀測者之間的相對運(yùn)動沒有關(guān)系,故該觀測者測得的光速仍為c。 答案:1.75c c 由狹義相對性原理得出的光速是正確的,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,光在真空中的傳播速度為c與參考系的選取無關(guān)。一電梯以v=0.5c的速度向上運(yùn)動,電梯轎廂的高為h,按照經(jīng)典理論,地面上的人認(rèn)為電梯底部的小燈泡發(fā)出的光到達(dá)頂部需要的時間是多少?電梯中的人認(rèn)為小燈泡發(fā)出的光傳到頂部需要的時間又是多少? (導(dǎo)學(xué)號51150081),一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,二、時間和空間的相對性 1.分析時間間隔和長度變化時應(yīng)注意的問題 (1)時間間隔、長度的變化,都是由于物質(zhì)的相對運(yùn)動引起的一種觀測效應(yīng),它與所選取的參考系有關(guān),物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)并沒有變化。 (2)兩個事件的時間間隔和物體的長度,必須與所選取的參考系相聯(lián)系,如果在沒有選取參考系的情況下討論時間的長短及空間的尺寸,是沒有任何意義的。 2.經(jīng)典時空觀和狹義相對論時空觀 (1)經(jīng)典時空觀:空間和時間脫離物質(zhì)而存在,是絕對的,空間和時間沒有聯(lián)系,即與物質(zhì)的運(yùn)動無關(guān)。 (2)狹義相對論時空觀:空間和時間與物質(zhì)運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,1.怎樣理解同時的相對性? 答案:同時是指兩個事件發(fā)生的時刻是相同的,“相同”是觀察者得出的結(jié)論,不同的觀察者觀察到的結(jié)果是不“相同”的。 2.怎樣理解時間間隔的相對性? 答案:運(yùn)動的時鐘變慢:時鐘相對于觀察者靜止時,走得快;相對于觀察者運(yùn)動時,觀察者會看到它變慢了,運(yùn)動速度越快,效果越明顯,即運(yùn)動著的時鐘變慢。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,3.怎樣理解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的區(qū)別? 答案:經(jīng)典力學(xué)時空觀:絕對的真實的數(shù)學(xué)時間,就其本質(zhì)而言,是永遠(yuǎn)均勻地流逝,與任何外界因素?zé)o關(guān);絕對空間就其本質(zhì)而言是與任何外界事物無關(guān)的,它從不運(yùn)動,并且永遠(yuǎn)不變。經(jīng)典力學(xué)時空觀的幾個具體結(jié)論: (1)同時的絕對性:在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀測到兩個事件,對另一參考系中的觀察者來說是同時發(fā)生的,即同時性與觀察者做勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)無關(guān)。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(2)時間間隔的絕對性:任何事件所經(jīng)歷的時間,在不同的參考系中測量都是相同的,而與參考系的運(yùn)動無關(guān)。 (3)空間距離的絕對性:如果各個參考系中用來測量長度的標(biāo)準(zhǔn)相同,那么空間兩點(diǎn)的距離也就有絕對不變的量值,而與參考系的選擇無關(guān)。 相對論時空觀:空間的大小、時間流逝的快慢都與物體運(yùn)動的速度有關(guān)。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 長度測量與被測物體相對于觀察者的運(yùn)動速度有關(guān),物體在運(yùn)動方向上的長度縮短了。一艘宇宙飛船的船身長度為L0=90 m,相對地面以u=0.8c的速度在一觀測站的上空飛過。求: (導(dǎo)學(xué)號51150082) (1)在觀測站中測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是多少? (2)飛船上的宇航員測得船身通過觀測站的時間間隔是多少? 思路分析解答本題的關(guān)鍵是理解長度的相對性,即在不同的慣性系中的觀察者對同一物體進(jìn)行觀測,結(jié)果并不相同。物體沿運(yùn)動方向的長度會變短。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案:(1)2.2510-7 s (2)3.7510-7 s,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)下面的說法中正確的是( ) A.因為時間是絕對的,所以我們在不同的參考系中觀察到的時間進(jìn)程都是相同的 B.空間與時間之間是沒有聯(lián)系的 C.有物質(zhì)才有空間和時間 D.在一個確定的參考系中觀察,運(yùn)動物體的空間距離和時間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān) 答案:CD 解析:經(jīng)典時空觀認(rèn)為空間和時間是脫離物質(zhì)存在的,是絕對的,空間與時間之間也是沒有聯(lián)系的,其實是錯誤的,故A、B錯誤。因為相對論時空觀中空間和時間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān),在長度的相對性和時間的相對性上都得到了驗證。,