6.1、6.2 牛顿眼中的世界 爱因斯坦眼中的世界 课件

课件25张PPT。第1节　牛顿眼中的世界
第2节　爱因斯坦眼中的世界 1．知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设．
2．知道狭义相对论的几个主要结论．
3．了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响. 一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设
?经典的相对性原理
(1)惯性系： 定律能够成立的参考系．相对一个惯性系做 运动的另一个参考系也是惯性系．
(2)伽利略相对性原理： 规律在任何 系中都是相同的．牛顿运动匀速直线力学惯性?狭义相对论的两个基本假设
(1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是 ．
(2)两个基本假设惯性物理相同一样的二、时间和空间的相对性
?“同时”的相对性
(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察 的．
(2)相对论的时空观：“同时”具有 性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察 的．也是同时相对不一定是同时“长度”的相对性
(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做 而不同．
(2)相对论的时空观：“长度”也具有 性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比 时的长度小．设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则l、l0、v的关系是：l＝ .相对运动相对静止时间间隔的相对性
(1)经典的时空观： 某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是 的．
(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是 的．
设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt表示相对事件发生地以v高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝ .相同不同?相对论时空观
(1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是 的，空间和时间之间也是 联系的．
(2)相对论时空观：空间和时间与物质的 有关. 绝对没有运动状态一、经典的相对性原理与狭义相对性原理
?惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．
牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．
?伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性参考系都是平权的． 相对性原理与电磁规律： 根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量，但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的．迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的．
?迈克耳孙—莫雷实验
(1)实验背景：根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度，并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是c”，这本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于某个具体事物的结论．于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系S是正确的，另外还有一个参考系S′，S′相对于S以速度v运动，那么光相对于S′的速度应该是(c－v)而不是c，好像电磁规律不是对任何惯性系都一样．(2)实验结论：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的． 理解要点：(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物体的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化．(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的． 结论：光速c是宇宙速度的 ，且相对任何参考系，光速都是 的. 极限不变【典例1】 如图6－1、2－1所示，考虑几个问题：
图6－1、2－1狭义相对论的简单应用 (1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？
(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？
(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？
解析　根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c＋v，第三种情况应是c－v，而根据狭义相对论理论，光速是不变的，都应是c.
答案　(1)c　(2)c　(3)c
借题发挥　狭义相对论的光速不变原理，光速对任何参考系都是相同．答案　在地面的观察者看来光信号的速度为c，不是1.1c【典例2】 如图6－1、2－2所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度vB和vC朝同一方向飞行的两枚火箭上，且vB＜vC.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？
图6－1、2－2时间和空间相对性 答案　火箭C上的时钟走得最慢，地面上的钟走得最快【变式2】 长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了．一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90 m，相对地面以u＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过．
(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？
(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？答案　(1)2.25×10－7s　(2)3.75×10－7 s