6.1牛顿眼中的世界 6.2爱因斯坦眼中的世界 课件 (2)

课件28张PPT。第6章 相对论与天体物理第1节　牛顿眼中的世界
第2节　爱因斯坦眼中的世界课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练 第
2
节　课标定位
学习目标：1.知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论．
2．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．
3．体会科学探究活动中猜想、假设、发散性思维、逻辑思维、实验验证等研究方法的作用．
重点难点：1.“同时”的相对性和空间相对性的验证．
2．长度的相对性及时间间隔的相对性．课前自主学案一、经典力学的相对性原理
1．表述一：力学规律在任何惯性系中都是_______．
2．表述二：通过任何力学实验，都不可能发现惯性系是处于__________状态还是在做_____________，也就是说，不可能通过力学实验测得惯性系的____________．相同的绝对静止匀速直线运动绝对速度绝对的二、绝对时空观
在牛顿的世界里，力学规律之所以在任何惯性系中表达形式都相同，其根本原因是时间与空间不会随参考系不同而变化，也就是说时间与空间是_______，这就是绝对时空观．绝对______和绝对_______是经典物理学的支柱．时间空间三、寻找“以太”——迈克尔孙实验
为了检验“以太”的存在，物理学家设计了各种实验，其中最著名的是迈克尔孙—莫雷实验，这是一个测量______相对“以太”运动的典型实验．实验结果是寻找以太的努力失败了．这就是有名的迈克尔孙—莫雷实验的“零结果”．地球四、狭义相对论的两条基本原理
1．狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学等)对于所有__________都具有相同的形式．
2．光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度_______，与光源的运动和观测者的运动无关．惯性系恒为c五、狭义相对论中的时间与空间
1．对“同时”的认识
(1)绝对时空观：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也是同时的，即________是绝对的．
(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不一定是同时的．即“同时”是________．同时性相对相对的2．对“长度”的认识
(1)绝对时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，即________也是绝对的．
(2)相对论时空观：“长度”也具有________，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化．空间相对性3．时间间隔的相对性
(1)绝对时空观：某事件经历的______不会因参考系不同而不同．
(2)相对论时空观：一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中测量不一定相同，与之相对静止的参考系测得的时间最短，称为________，惯性系______越大，惯性系中的物理过程进行得越慢．时间固有时速度核心要点突破一、理解经典力学的相对性原理
1．两种参考系
(1)惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系．牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫惯性系，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．(2)非惯性系：牛顿运动定律不能成立的参考系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木向后方加速运动，根据牛顿运动定律，树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，即加速运动的物体可作为非惯性系．2．对经典力学的相对性原理的认识
(1)经典力学的相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的．
(2)这里的力学规律指的是“经典力学规律”．
(3)本原理可以有不同表示，比如：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的．即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．一只完全密封而不透明的船正在静水中匀速航行，船内的人能够感知船在运动吗？能够测量船的航行速度吗？如果船是加速航行呢？
解析：如果船是真正的匀速航行，船内的人又无法以船外的物体为参考系，则无法感知船在运动，更不可能测量船的速度．这是伽利略相对性原理的要求．
如果船是加速或减速航行，船内的人可以利用牛顿定律测量出船的加速度，但依然不能测量出船的瞬时速度．
答案：见解析二、对狭义相对论两个基本原理的理解
1．狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学等)对于所有惯性系都具有相同的形式．爱因斯坦把伽利略的力学相对性原理推广到了电磁物理规律和一切其他物理规律，成为第一个假设．2．光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关．这一条假设使我们看到一幅与传统观念截然不同的物理图像．设想从一点光源发出一个光脉冲，如果人在与光源保持相对静止的参考系中观察，波前为以光源为中心的球面；如果在相对于光源做匀速直线运动的另一参考系中观察，波前将同样是以光源为中心的球面，这预示着与伽利略变换不同的时空观．所以光速不变原理与伽利略速度叠加原理是针锋相对的，具有观念上的革命性．特别提醒：以上两条假设就是狭义相对论的基础，之所以称为假设，是因为只是根据迈克尔孙一莫雷实验等几个实验提出，还没有数学上的逻辑推理和推导，在大量的结论和事实相符后，就成为狭义相对论基本原理．根据狭义相对论的假设(2)，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的，这一判断已被麦克耳孙—莫雷实验所证实．
答案：在地面的观察者看来光信号的速度为c，不是1.1c.三、对狭义相对论几个主要结论的理解
1．对相对论时空观的认识
(1)“同时”是相对的
A、B两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关．
图6－1－1汽车以较快的速度匀速行驶，分别以地面和汽车为参考系．一个观察者在地面S′处，另一观察者在汽车车厢中央S处，且S处上方有一闪光光源．当汽车经过S′时，车厢中央的光源发出闪光，对车上的观察者，这个闪光照到车厢前壁和后壁这两个事件是同时发生的；对车下的观察者，他观察到闪光先到达后壁后到达前壁，这两个事件是不同时发生的．(2)长度的相对性(长度缩短效应)
长度的测量方法：同时测出杆的两端M、N的位置坐标，坐标之差就是测出的杆长．
图6－1－2