5.2 相对论中的神奇时空 课件(共20张PPT)学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

(共20张PPT)
第2节　 相对论中的神奇时空
第五章　科学进步无止境
教学目标
在日常生活和生产中，为了研究物体的运动，必须选定适当的参考系，对于不同的参考系，长度和时间的测量结果是否是一样的？
对上述问题的讨论，物理学家进行了长期的探索。于是，物理学经历了一场关于时空观的根本性变革，从牛顿时代的经典力学跨越到爱因斯坦的相对论。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们：运动的时钟变慢、运动的尺子在运动的方向上缩短。这到底是为什么？这些结论是如何从狭义相对论的两个基本假设得出的呢？
新课引入
车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达前后车厢的先后是不一样的。
车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁
站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁
一.时间延缓效应
经典时空观认为，时间是绝对时间，就像一条长河，源源不断地从过去到现在直至将来，与运动无关。而相对论时空观则认为，当时钟相对于观测者静止时，时钟走得快些； 当时钟相对于观测者高速运动时，观测者则认为时钟变慢了。
v
v
在运动的火车上的钟表显示，做一个物理实验需要15分钟记为 ；地面上观察者手里所拿的钟表显示时间要大于15分钟，记为 。
二、长度收缩效应
车上的人看到的杆的长度：l0
车外的人看到的杆的长度：l
l8
O′
x ′
y′
O
x
y
●
特别注意：
长度缩短效应只发生在相对运动的方向上，如上例中的 x 轴方向上，在y 轴方向上无长度缩短效应。
v
思考：为什么我们平时观察不到这种长度收缩效应？
因为我们生活在比光速低很多的低速世界里，长度收缩效应可忽略不计。
能量
质量
光速
随着物体质量的减少，它会释放出一定的能量。
三.质能关系
在经典力学中，质量和能量和物体的运动无关，是两个独立概念。按照相对论及基本力学定律可以推出，质量和能量具有这样关系：
m0——物体的静止质量。
m(v)——相对于观察者以速度v运动时的质量，即相对论质量。
在经典力学中质量是不变的，和物体的运动无关，从相对论角度看质量是变化的。
上式给出了一个物体的相对论质量和它的速率的关系。
在微观粒子的实验中，粒子的速率会达到接近光速的程度，这时质量随速率的改变就很明显了。例如v=0.98c时，此时电子的质量是m=5.03m0 ，这时质量的变化就不能忽略。
当v<在非惯性参考系中看到的光线是弯曲的！
匀加速参考系等效于均匀引力场
引力使光线弯曲
四、奇妙的时光弯曲
惯性参考系
在惯性参考系中，光沿直线传播。
非惯性参考系
爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。天地之间的引力作用是时空弯曲的结果。
巨大质量的物体使时空弯曲
太阳
地球上重力太弱，光线弯曲难以测量！
太阳质量大，它的引力足以使从遥远恒星发出的光线经过太阳附近时，产生能够测量到的弯曲！
相对论中的神奇时空
一.时间延缓效应
二、长度收缩效应
三.质能关系
四、奇妙的时光弯曲
1.下列说法中不正确的是( )
A．只有静止的参照系是惯性系
B．由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系
C．在不同的惯性系中，光速都是相同的
D．在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否相对另一个惯性系做匀速直线运动
A
跟踪练习
【答案】C时钟走最慢，A走最快。
1. A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行， vB跟踪练习
2.一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的是(　　 )
A.车上的观察者认为两个事件是同时的
B.车上的观察者认为光先到达后壁
C.地面上的观察者认为两个事件是同时的
D.地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些
AD
3.如果真空中的光速为c＝3×108 m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108 m/s时，质量为3 kg，当它的速度为v2＝1.8×108 m/s时，质量为多少？
思路探究
(1)在高速运动问题中，物体的质量还是恒定不变的吗？
(2)相对论中，物体的质量与速度的关系式：m＝______。
谢谢
大家