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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(duì)論的誕生與基本原理 1.狹義相對(duì)論的誕生 愛因斯坦在大學(xué)時(shí)就開始注意“以太”的爭(zhēng)論及邁克爾遜和莫雷的實(shí)驗(yàn),他深信麥克斯韋電磁理論和光速不變的事實(shí)。經(jīng)過(guò)7年的研究,認(rèn)識(shí)到不同速度的地方(即參考系)的時(shí)間是不一樣的,時(shí)間會(huì)因相對(duì)速度而改變。 2.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè),,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,二、時(shí)間和空間的相對(duì)性 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)慣性系中觀察也是同時(shí)的。 (2)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。,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,2.時(shí)間間隔的相對(duì)性 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀:兩個(gè)事件在不同的慣性參考系中觀測(cè),它們之間的時(shí)間間隔總是相同的。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀:兩個(gè)事件在不同的慣性參考系中觀測(cè),它們之間的時(shí)間間隔是不同的。 設(shè)Δt表示相對(duì)事件發(fā)生在靜止的慣性系中觀測(cè)的時(shí)間間隔,Δt表示相對(duì)事件發(fā)生在以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,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,3.空間距離的相對(duì)性 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀:一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同。 (2)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l,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、l、v的關(guān)系是,,,,,,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、經(jīng)典相對(duì)性原理與狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1.慣性系和非慣性系:牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系為慣性系,相對(duì)于這個(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。牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系稱為非慣性系。 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: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,與光源的運(yùn)動(dòng)和觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,對(duì)光速不變?cè)砣绾卫斫? 答案:我們經(jīng)常講速度是相對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shuō)光速的大小與選取的參考系無(wú)關(guān),光的速度是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來(lái)的,它沒(méi)有任何前提條件,所以這個(gè)速度不是指相對(duì)某個(gè)參考系的速度。,一,二,知識(shí)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(tái)駛來(lái),從火車上向站臺(tái)上的觀測(cè)者發(fā)射一個(gè)光信號(hào)。在火車上測(cè)得光離開的速度是c,根據(jù)過(guò)去熟悉的速度合成法則,光到達(dá)站臺(tái)上的觀測(cè)者時(shí),該觀測(cè)者測(cè)得的光速是多少?根據(jù)狹義相對(duì)性原理,該觀測(cè)者測(cè)得的光速又是多少?哪種測(cè)法得出的光速是正確的? (導(dǎo)學(xué)號(hào)51150080) 思路分析根據(jù)經(jīng)典的速度合成法則,光相對(duì)于觀測(cè)者的速度等于光相對(duì)火車的速度與火車相對(duì)觀測(cè)者的速度的矢量和。 解析:根據(jù)過(guò)去熟悉的速度合成法則,光相對(duì)于觀測(cè)者的速度為v=c+0.75c=1.75c;根據(jù)狹義相對(duì)性原理,光速與光源、觀測(cè)者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系,故該觀測(cè)者測(cè)得的光速仍為c。 答案:1.75c c 由狹義相對(duì)性原理得出的光速是正確的,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)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(wú)關(guān)。一電梯以v=0.5c的速度向上運(yùn)動(dòng),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(shí)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(shí)間又是多少? (導(dǎo)學(xué)號(hào)51150081),一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,二、時(shí)間和空間的相對(duì)性 1.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。 2.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)。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,1.怎樣理解同時(shí)的相對(duì)性? 答案:同時(shí)是指兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)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(shí)間間隔的相對(duì)性? 答案:運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢:時(shí)鐘相對(duì)于觀察者靜止時(shí),走得快;相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí),觀察者會(huì)看到它變慢了,運(yùn)動(dòng)速度越快,效果越明顯,即運(yùn)動(dòng)著的時(shí)鐘變慢。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,3.怎樣理解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的區(qū)別? 答案:經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀:絕對(duì)的真實(shí)的數(shù)學(xué)時(shí)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(duì)空間就其本質(zhì)而言是與任何外界事物無(wú)關(guān)的,它從不運(yùn)動(dòng),并且永遠(yuǎn)不變。經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀的幾個(gè)具體結(jié)論: (1)同時(shí)的絕對(duì)性:在一個(gè)參考系中的觀察者在某一時(shí)刻觀測(cè)到兩個(gè)事件,對(duì)另一參考系中的觀察者來(lái)說(shuō)是同時(shí)發(fā)生的,即同時(shí)性與觀察者做勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(2)時(shí)間間隔的絕對(duì)性:任何事件所經(jīng)歷的時(shí)間,在不同的參考系中測(cè)量都是相同的,而與參考系的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。 (3)空間距離的絕對(duì)性: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)的距離也就有絕對(duì)不變的量值,而與參考系的選擇無(wú)關(guān)。 相對(duì)論時(shí)空觀:空間的大小、時(shí)間流逝的快慢都與物體運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 長(zhǎng)度測(cè)量與被測(cè)物體相對(duì)于觀察者的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān),物體在運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度縮短了。一艘宇宙飛船的船身長(zhǎng)度為L(zhǎng)0=90 m,相對(duì)地面以u(píng)=0.8c的速度在一觀測(cè)站的上空飛過(guò)。求: (導(dǎo)學(xué)號(hào)51150082) (1)在觀測(cè)站中測(cè)得飛船的船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少? (2)飛船上的宇航員測(cè)得船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少? 思路分析解答本題的關(guān)鍵是理解長(zhǎng)度的相對(duì)性,即在不同的慣性系中的觀察者對(duì)同一物體進(jìn)行觀測(cè),結(jié)果并不相同。物體沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度會(huì)變短。,一,二,知識(shí)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(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)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) 答案:CD 解析:經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的,是絕對(duì)的,空間與時(shí)間之間也是沒(méi)有聯(lián)系的,其實(shí)是錯(cuò)誤的,故A、B錯(cuò)誤。因?yàn)橄鄬?duì)論時(shí)空觀中空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),在長(zhǎng)度的相對(duì)性和時(shí)間的相對(duì)性上都得到了驗(yàn)證。,