高中物理 第15章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 1-2 相對(duì)論的誕生 時(shí)間和空間的相對(duì)性課件 新人教版選修3-4.ppt

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第十五章相對(duì)論簡(jiǎn)介 1相對(duì)論的誕生2時(shí)間和空間的相對(duì)性 填一填 練一練 1 經(jīng)典的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 見(jiàn)課本第96頁(yè) 1 經(jīng)典的相對(duì)性原理 慣性系 牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系 相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系 伽利略相對(duì)性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 2 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 不論光源與觀測(cè)者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 光速都是一樣的 兩個(gè)基本假設(shè) 填一填 練一練 2 時(shí)間和空間的相對(duì)性 見(jiàn)課本第98頁(yè) 1 同時(shí) 的相對(duì)性 經(jīng)典的時(shí)空觀 在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件 在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的 相對(duì)論的時(shí)空觀 同時(shí) 具有相對(duì)性 即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件 在另一個(gè)慣性系中觀察不一定是同時(shí)的 2 長(zhǎng)度的相對(duì)性 經(jīng)典的時(shí)空觀 一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同 相對(duì)論的時(shí)空觀 長(zhǎng)度也具有相對(duì)性 一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿 其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小 設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l0 與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l 桿相對(duì)于觀察者的速度為v 則l l0 v的關(guān)系是l 填一填 練一練 3 時(shí)間間隔的相對(duì)性 經(jīng)典的時(shí)空觀 某兩個(gè)事件 在不同的慣性系中觀察 它們的時(shí)間間隔總是相同的 相對(duì)論的時(shí)空觀 某兩個(gè)事件 在不同的慣性參考系中觀察 它們的時(shí)間間隔是不同的 設(shè) 表示相對(duì)事件發(fā)生地靜止的慣性系中觀測(cè)的時(shí)間間隔 t表示相對(duì)事件發(fā)生地以v高速運(yùn)動(dòng)的參考系中觀察同樣兩事件的時(shí)間間隔 則它們的關(guān)系是 4 相對(duì)論時(shí)空觀 經(jīng)典時(shí)空觀 空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的 是絕對(duì)的 空間和時(shí)間之間也是沒(méi)有聯(lián)系的 相對(duì)論時(shí)空觀 空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān) 填一填 練一練 2015年4月25日 尼泊爾發(fā)生8 1級(jí)強(qiáng)地震 中國(guó)武警總隊(duì)特派一飛機(jī)前往 飛機(jī)在某高空做勻速直線運(yùn)動(dòng) 投放一包救急物品 災(zāi)民看到物品做曲線運(yùn)動(dòng) 飛行員看到物品做自由落體運(yùn)動(dòng) 物品剛好落在災(zāi)民救濟(jì)處 根據(jù)經(jīng)典時(shí)空觀 則下列說(shuō)法正確的是 A 飛機(jī)為非慣性參考系B 飛機(jī)為慣性參考系C 災(zāi)民為非慣性參考系D 災(zāi)民為慣性參考系解析 物品投放后 僅受重力作用 飛行員看物品是初速度為零的自由落體運(yùn)動(dòng) 符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律 故飛機(jī)為慣性參考系 B對(duì) 而地面上的人員看物品做初速度不為零的拋體運(yùn)動(dòng) 也符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律 D也對(duì) 答案 BD 探究一 探究二 探究一經(jīng)典的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)性原理問(wèn)題導(dǎo)引根據(jù)圖示考慮以下幾下問(wèn)題 1 如圖所示 參考系O 相對(duì)于參考系O靜止時(shí) 人測(cè)得的光速應(yīng)是多少 2 參考系O 相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng) 人測(cè)得的光速應(yīng)是多少 3 參考系O 相對(duì)于參考系O以速度v向左運(yùn)動(dòng) 人測(cè)得的光速又是多少 探究一 探究二 探究一 探究二 名師精講1 慣性系和非慣性系 1 慣性系 牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系稱(chēng)為慣性參考系 牛頓定律成立的這個(gè)參考系是慣性參考系 相對(duì)于這個(gè)參考系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性參考系 2 非慣性系 牛頓定律不能成立的參考系稱(chēng)為非慣性參考系 例如 我們坐在加速的車(chē)廂里 以車(chē)廂為參考系觀察路邊的樹(shù)木 房屋向后方加速運(yùn)動(dòng) 根據(jù)牛頓第二定律 房屋和樹(shù)木應(yīng)該受到不為零的合力作用 但事實(shí)上沒(méi)有 也就是牛頓定律不成立 這里的加速車(chē)廂就是非慣性參考系 探究一 探究二 2 伽利略相對(duì)性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 3 相對(duì)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(gè)常量 但是按照伽利略的相對(duì)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(shí)驗(yàn)證明 不論光源與觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 光速都是相同的 4 愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的兩個(gè)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 探究一 探究二 典例剖析 例題1 關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀與相對(duì)論的時(shí)空觀 下列說(shuō)法正確的是 A 在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中 同時(shí)是絕對(duì)的 即在一個(gè)參考系中的觀察者在某一時(shí)刻觀察到的兩個(gè)事件 對(duì)另一個(gè)參考系中的觀察者來(lái)說(shuō)也是同時(shí)的B 在相對(duì)論的時(shí)空觀中 時(shí)間間隔是絕對(duì)的 即任何事件 或物體運(yùn)動(dòng) 所經(jīng)歷的時(shí)間 在不同的參考系中測(cè)量都是相同的 而與參考系的選取無(wú)關(guān)C 在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中 空間距離是絕對(duì)的 即如果各個(gè)參考系中用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)相同 那么空間兩點(diǎn)的距離是絕對(duì)的不變的量值 而與參考系的選取無(wú)關(guān)D 相對(duì)論的時(shí)空觀就是一個(gè)絕對(duì)的時(shí)空觀 時(shí)間與空間物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) 探究一 探究二 探究一 探究二 解析 在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中 同時(shí)是絕對(duì)的 選項(xiàng)A對(duì) 在相對(duì)論的時(shí)空觀中 時(shí)間間隔是相對(duì)的 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中 空間距離是絕對(duì)的 選項(xiàng)C對(duì) 相對(duì)論的時(shí)空觀是一個(gè)相對(duì)的時(shí)空觀 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 AC 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號(hào)38190142以下說(shuō)法中 正確的是 A 經(jīng)典物理中的速度合成公式在任何情況下都是適用的B 經(jīng)典物理規(guī)律也適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體C 力學(xué)規(guī)律在一個(gè)靜止的參考系和一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的參考系中是不等價(jià)的D 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系里都是等價(jià)的解析 在所有慣性系中 一切力學(xué)規(guī)律都是等價(jià)的 故D正確 C錯(cuò)誤 經(jīng)典物理規(guī)律是狹義相對(duì)論在低速狀態(tài)下的一個(gè)近似 所以經(jīng)典物理規(guī)律只適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體 而經(jīng)典物理中的速度合成公式也只適用于低速情況 故A B均錯(cuò)誤 答案 D 探究一 探究二 探究一 探究二 探究二動(dòng)尺變短和動(dòng)鐘變慢問(wèn)題導(dǎo)引一架飛機(jī)在上海楊浦大橋上空勻速飛過(guò) 飛機(jī)飛行方向與大橋平行 問(wèn)飛機(jī)上的乘客看到的大橋長(zhǎng)度與靜止觀察時(shí)相比有什么變化 探究一 探究二 名師精講1 動(dòng)尺變短狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式 l0是相對(duì)于桿靜止的觀察者測(cè)出的桿的長(zhǎng)度 而l可以認(rèn)為是桿沿自己的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí) 靜止的觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度 還可以認(rèn)為桿不動(dòng) 而觀察者沿桿的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)出的桿的長(zhǎng)度 2 動(dòng)鐘變慢時(shí)間間隔的相對(duì)性公式 是相對(duì)事件發(fā)生地靜止的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔 而 t是相對(duì)于事件發(fā)生地以速度v運(yùn)動(dòng)的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的同樣兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔 也就是說(shuō) 在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參考系中觀測(cè) 事件變化過(guò)程的時(shí)間間隔變大了 這叫作狹義相對(duì)論中的時(shí)間膨脹 探究一 探究二 3 分析時(shí)間間隔和長(zhǎng)度變化時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 1 時(shí)間間隔 長(zhǎng)度的變化 都是由于物質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的一種觀測(cè)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(méi)有變化 2 兩個(gè)事件的時(shí)間間隔和物體的長(zhǎng)度必須與所選取的參考系相聯(lián)系 如果在沒(méi)有選取參考系的情況下討論時(shí)間的長(zhǎng)短及空間的尺寸 是沒(méi)有任何意義的 4 經(jīng)典時(shí)空觀和狹義相對(duì)論時(shí)空觀 1 經(jīng)典時(shí)空觀 空間和時(shí)間脫離物質(zhì)而存在 是絕對(duì)的 空間和時(shí)間沒(méi)有聯(lián)系 即與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) 2 狹義相對(duì)論時(shí)空觀 空間和時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān) 探究一 探究二 典例剖析 例題2 當(dāng)火車(chē)速度非常接近光速時(shí) 相對(duì)地面的參考系來(lái)說(shuō) 火車(chē)和它里面的一切物體沿運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒖s短得像薄紙片一樣 火車(chē)上的人也認(rèn)為地面上的一切物體都沿火車(chē)運(yùn)動(dòng)的方向變薄了 一列勻速直線前進(jìn)的火車(chē) 車(chē)廂地板上A處有一盞燈 在燈的正上方車(chē)廂頂B處有一面鏡子 AB的高為h 現(xiàn)在我們要完成一個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn) 打開(kāi)燈的開(kāi)關(guān) 光信號(hào)從A到B 再由鏡面反射回到A處 車(chē)廂里站著一個(gè)觀測(cè)者小明 站臺(tái)上站著一個(gè)觀測(cè)者小芳 如圖所示 探究一 探究二 探究一 探究二 探究一 探究二 故光信號(hào)往返的時(shí)間 地面上的人 小芳 和車(chē)廂里的人 小明 測(cè)量的結(jié)果不一樣 地面上的人測(cè)得的時(shí)間 t 要比車(chē)廂里的人測(cè)得的時(shí)間 長(zhǎng)些 探究一 探究二 探究一 探究二 探究一 探究二 12345 1 如果牛頓定律在參考系A(chǔ)中成立 而參考系B相對(duì)于A做勻速直線運(yùn)動(dòng) 則在參考系B中 A 牛頓定律也同樣成立B 牛頓定律不能成立C A和B兩個(gè)參考系中 一切物理定律都是相同的D 參考系B也是慣性參考系解析 根據(jù)狹義相對(duì)性原理 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的 則選項(xiàng)A C D正確 B錯(cuò)誤 答案 ACD 12345 2 下面的說(shuō)法中正確的是 A 因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的 所以我們?cè)诓煌膮⒖枷抵杏^察到的時(shí)間進(jìn)程都是相同的B 空間與時(shí)間之間是沒(méi)有聯(lián)系的C 有物質(zhì)才有空間和時(shí)間D 在一個(gè)確定的參考系中觀察 運(yùn)動(dòng)物體的空間距離和時(shí)間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)解析 經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的 是絕對(duì)的 空間和時(shí)間之間也沒(méi)有聯(lián)系 其實(shí)是錯(cuò)誤的 故選項(xiàng)A B錯(cuò)誤 因?yàn)橄鄬?duì)論中空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān) 選項(xiàng)C D正確 答案 CD 12345 3 根據(jù)狹義相對(duì)論 以下說(shuō)法正確的是 A 在不同的慣性系中 真空中光速不變B 在不同的慣性系中 物理規(guī)律具有不同的形式C 同時(shí) 具有絕對(duì)意義D 物體的長(zhǎng)度是絕對(duì)的解析 在不同的慣性系中 真空中的光速不變 一切物理規(guī)律都具有相同的形式 選項(xiàng)A正確 B錯(cuò)誤 同時(shí) 是相對(duì)的 物體的長(zhǎng)度也是相對(duì)的 選項(xiàng)C D錯(cuò)誤 答案 A 12345 4 用狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷 下列說(shuō)法中不正確的是 A 時(shí)間和空間都是絕對(duì)的 在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變B 在地面上的人看來(lái) 以10km s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢 但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的C 在地面上的人看來(lái) 以10km s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄 而飛船中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人扁一些D 當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度v c時(shí) 時(shí)間膨脹 和 長(zhǎng)度收縮 效果可忽略不計(jì) 12345 5 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190144 選做題 如圖所示 某車(chē)沿水平方向高速行駛 車(chē)廂中央的光源發(fā)出一個(gè)閃光 閃光照到了車(chē)廂的前 后壁 則地面上的觀察者認(rèn)為該閃光 選填 先到達(dá)前壁 先到達(dá)后壁 或 同時(shí)到達(dá)前后壁 同時(shí)他觀察到車(chē)廂的長(zhǎng)度比靜止時(shí)變 選填 長(zhǎng) 或 短 了 解析 地面上的觀察者認(rèn)為地面是一個(gè)慣性系 閃光向前 后傳播的速度相對(duì)地面是相同的 但是在閃光飛向兩壁的過(guò)程中 車(chē)廂向前行進(jìn)了一段距離 所以向前的光傳播的路程長(zhǎng)些 到達(dá)前壁的時(shí)間也就晚些 即地面上的觀察者認(rèn)為該閃光先到達(dá)后壁 根據(jù)長(zhǎng)度的相對(duì)性可知 一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿 其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小 故可以得出觀察者觀察到車(chē)廂的長(zhǎng)度比靜止時(shí)變短 答案 先到達(dá)后壁短 12345