《物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第1節(jié) 相對(duì)論的誕生 第2節(jié) 時(shí)間和空間的相對(duì)性 新人教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第1節(jié) 相對(duì)論的誕生 第2節(jié) 時(shí)間和空間的相對(duì)性 新人教版選修3-4（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、物 理選修選修3-4 人教版人教版第十五章相對(duì)論簡(jiǎn)介相對(duì)論簡(jiǎn)介 情 景 切 入 地球上有一對(duì)孿生兄弟，哥哥乘飛船遨游太空，弟弟仍留在地球上。相對(duì)論告訴我們，當(dāng)哥哥返回到地球時(shí)，遨游太空的哥哥會(huì)更年輕！這就是有趣的“雙生子佯謬”，它展示了一個(gè)全新的時(shí)空觀。 知 識(shí) 導(dǎo) 航 本章只是對(duì)相對(duì)論做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，在學(xué)習(xí)時(shí)可以主要了解以下內(nèi)容：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)，時(shí)間和空間的相對(duì)性，狹義相對(duì)論的其他結(jié)論 ，廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介等知識(shí)。本章內(nèi)容絕大多數(shù)是要求同學(xué)們了解或知道，更深的內(nèi)容要到以后繼續(xù)學(xué)習(xí)。 學(xué) 法 指 導(dǎo) 學(xué)習(xí)本章前應(yīng)先復(fù)習(xí)、了解在前面學(xué)習(xí)過(guò)的有關(guān)經(jīng)典力學(xué)的局限性內(nèi)容，在學(xué)習(xí)中要注意相對(duì)論

2、時(shí)空觀的學(xué)習(xí)。本章的學(xué)習(xí)應(yīng)采用獨(dú)立思考和交流討論相結(jié)合方法。在學(xué)習(xí)本章的過(guò)程中，還應(yīng)注意相對(duì)論的全面闡述，這要用到較多的高等數(shù)學(xué)知識(shí)，在這里做到了解即可，不必深入探究。第一節(jié)第一節(jié) 相對(duì)論的誕生相對(duì)論的誕生第二節(jié)第二節(jié) 時(shí)間和空間的相對(duì)性時(shí)間和空間的相對(duì)性了解同時(shí)的相對(duì)性了解同時(shí)的相對(duì)性了解長(zhǎng)度的相對(duì)性和時(shí)間間隔的相對(duì)性了解長(zhǎng)度的相對(duì)性和時(shí)間間隔的相對(duì)性了解相對(duì)論的時(shí)空觀了解相對(duì)論的時(shí)空觀1 1課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時(shí)作業(yè)課時(shí)作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 1慣性系 如果_定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系就叫慣性系。 2經(jīng)典相對(duì)

3、性原理 表述一：力學(xué)規(guī)律在任何_中都是相同的。 表述二：在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都_判斷這個(gè)慣性系是否相對(duì)于另一個(gè)慣性系做_運(yùn)動(dòng)。 表述三：任何慣性系都是_的。經(jīng)典的相對(duì)性原理經(jīng)典的相對(duì)性原理牛頓運(yùn)動(dòng)牛頓運(yùn)動(dòng) 慣性系慣性系 不能不能 勻速直線勻速直線 平權(quán)平權(quán) 1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_。 2兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)一樣的一樣的 狹義相對(duì)性原理狹義相對(duì)性原理在不同的在不同的_參考系中，一切參考系中，一切_規(guī)律都是相同的規(guī)律都是相同的光速不變?cè)砉馑俨蛔冊(cè)碚婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是真空中的光速在不同的慣性參

4、考系中都是_的的慣性慣性 物理物理 相同相同 1“同時(shí)”的相對(duì)性 (1)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_。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“同時(shí)”具有_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_。 2“長(zhǎng)度”的相對(duì)性 (1)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_而不同。時(shí)間和空間的相對(duì)性時(shí)間和空間的相對(duì)性也是相同的也是相同的 相對(duì)相對(duì) 不一定同時(shí)不一定同時(shí) 相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng) (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“長(zhǎng)度”也具有_性，一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比_時(shí)的長(zhǎng)度小。 設(shè)相對(duì)于靜止的觀察者認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l0，與

5、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_。相對(duì)相對(duì) 靜止靜止 3時(shí)間間隔的相對(duì)性 (1)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_。 (2)相對(duì)論的時(shí)間觀：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_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：t_。相同的相同的 不同不同 4相對(duì)論時(shí)空觀 (1)經(jīng)典時(shí)空觀：空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的，是_的，空間和時(shí)間之間也是_聯(lián)系的。 (2)相對(duì)論時(shí)空觀：空間和時(shí)間與物質(zhì)的_有關(guān)

6、。絕對(duì)絕對(duì) 沒(méi)有沒(méi)有 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 判一判 (1)牛頓運(yùn)動(dòng)定律在任何情況下都成立。() (2)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)僅僅是猜想而已，沒(méi)有任何依據(jù)。() (3)勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系可以看作慣性系。() (4)在地面上的人看來(lái)，高速運(yùn)行的動(dòng)車(chē)組在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變短，而車(chē)中的乘客卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)扁一些。() (5)相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。() 選一選 如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C。假想有一列車(chē)沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車(chē)上的觀測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是() A同時(shí)被照亮 BA先被照亮 CC先被照亮 D無(wú)法判斷

7、解析：列車(chē)上的觀察者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過(guò)A和C反射的光，由于列車(chē)在這段時(shí)間內(nèi)向C運(yùn)動(dòng)，而遠(yuǎn)離A，所以C的反射光先到達(dá)列車(chē)上的觀察者，看到C先被照亮，故只有C正確。C 想一想 假設(shè)地面上有一火車(chē)以接近光速的速度運(yùn)行，車(chē)內(nèi)站立著一個(gè)中等身材的人，站在路旁邊的人觀察車(chē)?yán)锏倪@個(gè)人是什么體形？ 答案：是一個(gè)中等個(gè)子的瘦人 解析：人是站著的，路旁的人觀察到的車(chē)內(nèi)的人沿車(chē)運(yùn)動(dòng)的方向上的長(zhǎng)度(決定胖瘦)變短了，所以人變瘦。但人在垂直于車(chē)運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度(決定身高)不變。課課 內(nèi)內(nèi) 探探 究究 考慮幾個(gè)問(wèn)題： (1)如圖所示，參考系O相對(duì)于參考系O靜止時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？ (2)參考系O相對(duì)于參考系O以

8、速度v向右運(yùn)動(dòng)，人看到的光速應(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)，人看到的光速又是多少？ 提示：根據(jù)狹義相對(duì)論理論知，光速是不變的，各種情況下光的速度都是c。探究一經(jīng)典的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)性原理探究一經(jīng)典的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)性原理 1對(duì)慣性系和非慣性系的認(rèn)識(shí) (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。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

9、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。 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： (1)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。 (2)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。 特別提醒：如何判斷一個(gè)參考系是慣性參考系還是非慣性參考系？我們通常選大地為慣性參考系，相對(duì)于地

10、面靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)的物體都是慣性參考系；相對(duì)于地面做變速運(yùn)動(dòng)的物體都是非慣性參考系。(多選)關(guān)于狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是( ) A在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣 C真空中的光速在不同的慣性參考中都是相同的 D真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的 解題指導(dǎo)：愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)性原理是伽利略力學(xué)相對(duì)性原理的推廣，不僅包含了力學(xué)規(guī)律，也包含了電磁規(guī)律。 解析：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)分別是狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，選項(xiàng)A、C正確。AC 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1如圖所示，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前

11、方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測(cè)到該光束的傳播速度為 () A0.4c B0.5c C0.9c Dc 解析：由狹義相對(duì)論的基本假設(shè)：光速不變?cè)恚婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的，可知D正確。D 世界上各式各樣的鐘：砂鐘、電鐘、機(jī)械鐘、光鐘和生物鐘。既然運(yùn)動(dòng)可以使某一種鐘變慢，它一定會(huì)使所有的鐘都一樣變慢。這種說(shuō)法對(duì)嗎？ 提示：對(duì)探究二動(dòng)尺變短和動(dòng)鐘變慢探究二動(dòng)尺變短和動(dòng)鐘變慢 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。 (

12、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。特別提醒：特別提醒：不管是不管是“動(dòng)尺變短動(dòng)尺變短”還是還是“動(dòng)鐘變慢動(dòng)鐘變慢”都是相對(duì)觀察者的測(cè)量都是相對(duì)觀察者的測(cè)量結(jié)果而言，而尺子和鐘本身的結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化。結(jié)果而言，而尺子和鐘本身的結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化。如圖，假設(shè)一根10 m長(zhǎng)的梭鏢以光速穿過(guò)一根10 m長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的。以下敘述中最好的描述了梭鏢穿過(guò)管子的情況的是() A梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來(lái)

13、 C兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住梭鏢 D所有這些都與觀察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)D 解析：如果你是在相對(duì)于管子靜止的參考系中觀察運(yùn)動(dòng)著的梭鏢，那么梭鏢看起來(lái)就比管子短，在某些位置梭鏢會(huì)完全在管子內(nèi)部，然而當(dāng)你和梭鏢一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，你看到的管子就縮短了，所以在某些位置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2如圖所示，在一個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大轉(zhuǎn)盤(pán)上，放著A、B、C三個(gè)時(shí)鐘，下列說(shuō)法正確的是() AA時(shí)鐘走得最慢，B時(shí)鐘走得最快 BA時(shí)鐘走得最慢，C時(shí)鐘走得最快 CC時(shí)鐘走得最慢，A時(shí)鐘走得最快 DB時(shí)鐘走得最慢，A時(shí)鐘走得最快C 素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升 1經(jīng)典時(shí)空觀 經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空

14、間和時(shí)間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對(duì)的，空間與時(shí)間也是沒(méi)有聯(lián)系的。 2相對(duì)論時(shí)空觀 相對(duì)論則認(rèn)為空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。前面已經(jīng)看到，在一個(gè)確定的參考系中觀察，運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度(空間距離)和它上面物理過(guò)程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。(多選)如圖所示，你站在水平木桿AB的中央附近，并且看到木桿落在地面上時(shí)是兩端同時(shí)著地的，所以，你認(rèn)為這木桿是平著落到了地面上；若此時(shí)飛飛小姐正以接近光速的速度從你前面掠過(guò)，她看到B端比A端先落地，因而她認(rèn)為木桿是向右傾斜著落地的。她的看法是() A對(duì)的 B錯(cuò)的 C她應(yīng)感覺(jué)到木桿在朝她運(yùn)動(dòng) D她應(yīng)感覺(jué)到木桿在遠(yuǎn)離她運(yùn)動(dòng)AC 解析：當(dāng)飛飛小姐掠過(guò)木桿時(shí)，在她看來(lái)，木桿不僅在下落，而且還在朝她運(yùn)動(dòng)，正好象星體朝你的飛船運(yùn)動(dòng)一樣。因此，在你看來(lái)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件， 在飛飛小姐看來(lái)首先在B端發(fā)生；到底在A和B處的兩個(gè)事件是同時(shí)發(fā)生，還是在B處先發(fā)生？這一問(wèn)題是沒(méi)有意義的。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述取決于選擇的參考系。對(duì)于你來(lái)說(shuō)木桿是平著下落的，對(duì)飛飛小姐來(lái)說(shuō)木桿是向右斜著下落的，雖然難以置信，但你和她都是正確的。