15.2 时间和空间的相对性—人教版高中物理选修3-4课件(共22张PPT)
文档属性
| 名称 | 15.2 时间和空间的相对性—人教版高中物理选修3-4课件(共22张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-30 16:31:26 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
时间和空间
的相对性
复习回顾
狭义相对论的两个基本假设：
1狭义相对性原理：
不同惯性系中一切物理规律都相同。（物理定律的数学表达式是相同的，即使物理量可能因参考系不同而不同。）
2光速不变原理：
真空中的光速在不同的惯性参考系中都相等。
（光速与光源、观察者间的相对运动没有关系）
思考与讨论
有一架以半光速的速度飞行的宇宙飞船。一声令下，让宇宙飞船和光进行比赛。考虑一下1秒钟以后光、宇宙飞船、地球三者各自的位置关系。
讨论1.
(以地球为参考系）宇宙飞船在地球与光中间
讨论2.
（以宇宙飞船为参考系）宇宙飞船和地球的距离与宇宙飞船和光的距离之比为1:2
1.“同时”的相对性
闪光同时到达车厢的前后两壁吗？
思考与讨论
列车K静止在车站里。某车厢的中央发出了一个闪光，车厢中的人认为闪光同时到达了前后两壁。
另一列火车L从旁边呼啸而过那么，在运动的火车L里，观察者认为，沿着运动方向位置靠前一些的事件A先发生，还是靠后一些的事件B先发生？
结论：
1、对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的
经验：沿着运动方向位置靠后的先发生
2、地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的
经验：沿着运动方向位置靠前的先发生
“同时”的相对性小结：
1、经典时空观：在同一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。
2、相对论时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点发生的两个事件，在另一个惯性系中就不一定同时发生。
2.时间间隔的相对性
高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的
而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
对于车厢内的人：
对于车厢外的人：
时间间隔的相对性小结：
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相同的。
2、相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系速度越大，惯性系中的时间过程进行的越慢。
从地面上观察，飞船上的时间进程比地面
上慢，飞船上一切物理、化学、生命过程
都变慢了。
注意：动钟变慢
是相对的。
3.长度的相对性
一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小。
为了在相对静止的参考系K′内测量一直杆的长度，可在直杆的一端加一脉冲激光器和一接收器，另一端设一反射镜。精密测得光束往返的时间间隔后，即可得知直杆的长度。
有相对运动的参考系K内测得直杆的长度。
长度的相对性小结：
1、经典时空观：经典物理学家认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与杆相对运动而不同。
2、相对论的时空观：“长度”具有相对性，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。但是在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化。
4.时空相对性的验证
1941年，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论预言完全一致。
1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照。实验结果与理论预言符合的很好。这是相对论的第一次宏观验证。
5.相对论的时空观
经典的时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。
“绝对的、真实的、数学的时间，
由于它自身的本性......，与任何外界事物无关地、均匀地流逝。”
“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关永远是相同的和不动的。《自然哲学的数学原理》
相对论的时空观：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。
狭义相对论的正确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必然发生的现象，是客观存在的事实。
人们之所以平常观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运动的世界里。经典物理学作为相对论在低速运动时的特例，在自己的范围内继续发挥作用。
2、时间间隔的相对性（动钟变慢）
3、
长度的相对性（动尺变短）
狭义相对性原理
光速不变原理
1、同时的相对性
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中,
上帝说,“让牛顿去吧”,
于是一切成为光明.
但不久,
魔鬼说,“让爱因斯坦去吧”,
于是一切又重新回到黑暗
作业：
1.如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为______．
2.
如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是
(A)同时被照亮
(B)A先被照亮
(C)C先被照亮
(D)无法判断
3.惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是
时间和空间
的相对性
复习回顾
狭义相对论的两个基本假设：
1狭义相对性原理：
不同惯性系中一切物理规律都相同。（物理定律的数学表达式是相同的，即使物理量可能因参考系不同而不同。）
2光速不变原理：
真空中的光速在不同的惯性参考系中都相等。
（光速与光源、观察者间的相对运动没有关系）
思考与讨论
有一架以半光速的速度飞行的宇宙飞船。一声令下，让宇宙飞船和光进行比赛。考虑一下1秒钟以后光、宇宙飞船、地球三者各自的位置关系。
讨论1.
(以地球为参考系）宇宙飞船在地球与光中间
讨论2.
（以宇宙飞船为参考系）宇宙飞船和地球的距离与宇宙飞船和光的距离之比为1:2
1.“同时”的相对性
闪光同时到达车厢的前后两壁吗？
思考与讨论
列车K静止在车站里。某车厢的中央发出了一个闪光，车厢中的人认为闪光同时到达了前后两壁。
另一列火车L从旁边呼啸而过那么，在运动的火车L里，观察者认为，沿着运动方向位置靠前一些的事件A先发生，还是靠后一些的事件B先发生？
结论：
1、对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的
经验：沿着运动方向位置靠后的先发生
2、地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的
经验：沿着运动方向位置靠前的先发生
“同时”的相对性小结：
1、经典时空观：在同一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。
2、相对论时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点发生的两个事件，在另一个惯性系中就不一定同时发生。
2.时间间隔的相对性
高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的
而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
对于车厢内的人：
对于车厢外的人：
时间间隔的相对性小结：
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相同的。
2、相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系速度越大，惯性系中的时间过程进行的越慢。
从地面上观察，飞船上的时间进程比地面
上慢，飞船上一切物理、化学、生命过程
都变慢了。
注意：动钟变慢
是相对的。
3.长度的相对性
一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小。
为了在相对静止的参考系K′内测量一直杆的长度，可在直杆的一端加一脉冲激光器和一接收器，另一端设一反射镜。精密测得光束往返的时间间隔后，即可得知直杆的长度。
有相对运动的参考系K内测得直杆的长度。
长度的相对性小结：
1、经典时空观：经典物理学家认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与杆相对运动而不同。
2、相对论的时空观：“长度”具有相对性，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。但是在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化。
4.时空相对性的验证
1941年，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论预言完全一致。
1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照。实验结果与理论预言符合的很好。这是相对论的第一次宏观验证。
5.相对论的时空观
经典的时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。
“绝对的、真实的、数学的时间，
由于它自身的本性......，与任何外界事物无关地、均匀地流逝。”
“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关永远是相同的和不动的。《自然哲学的数学原理》
相对论的时空观：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。
狭义相对论的正确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必然发生的现象，是客观存在的事实。
人们之所以平常观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运动的世界里。经典物理学作为相对论在低速运动时的特例，在自己的范围内继续发挥作用。
2、时间间隔的相对性（动钟变慢）
3、
长度的相对性（动尺变短）
狭义相对性原理
光速不变原理
1、同时的相对性
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中,
上帝说,“让牛顿去吧”,
于是一切成为光明.
但不久,
魔鬼说,“让爱因斯坦去吧”,
于是一切又重新回到黑暗
作业：
1.如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为______．
2.
如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是
(A)同时被照亮
(B)A先被照亮
(C)C先被照亮
(D)无法判断
3.惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是