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(共26张PPT)
第5章 科学进步无止境
第1节　初识相对论
一、时空观
1.绝对的时空观:_____认为:绝对的时间自身在流逝着,
因其本性而在均匀地、与任何外界___关地流逝着;绝对
的空间就其本性而言,与外界任何事物___关,永远是
_____的和不动的。时间和空间与物质及其运动___关,
并且时间和空间是完全_____的。
牛顿
无
无
相同
无
独立
2.相对的时空观:_________认为:绝对的时间和空间是
不存在的,时间、空间与物质及其运动都有着密切的联
系。
爱因斯坦
二、相对论产生的背景
1.伽利略和_____等人创立经典力学体系,到19世纪末已
发展成为一个包括力、电、光、热等分支的完整经典
物理学体系。
牛顿
2.1900年英国物理学家开尔文宣告:物理科学大厦已经
建成,在晴朗的天空远处有两朵“乌云”。第一朵“乌
云”引发了爱因斯坦_______的产生,第二朵“乌云”引
发了_______的产生。
相对论
量子论
3.“以太”说:
(1)人们认为光在太空中传播(即在真空条件下)是通过
一种介质,这种介质就被命名为“_____”。
(2)1887年物理学家迈克尔孙和莫雷以无可辩驳的实验
事实_____(选填“肯定”或“否定”)了争论很久的
“以太”说,为物理学冲破传统经典物理学的束缚创造
了极为重要的条件。
以太
否定
二、相对论的诞生
1.经典的相对性原理:
在以速度v1水平行驶的汽车上,有人相对于汽车以速度
v2将一物体水平抛出。在静止在路边的观察者看来,若
物体抛出后与汽车同向,则物体速度为_____;若反向则
物体的速度为_____。
v1+v2
v1-v2
2.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:
①在不同的_____参考系中,一切_____规律都是相同的。
②真空中的光速在不同的惯性参考系中都是_____的。
一样的
惯性
相同
物理
3.下列说法中正确的是_______。
①静止或匀速直线运动的参考系是惯性系。
②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。
③在不同的惯性系中,光速是不相同的。
④在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是
否在相对另一个惯性系做匀速直线运动。
①②④
⑤在狭义相对论时空观中空间和时间与物质的运动状态无关。
主题　两个基本原理及其应用
【科技情境】
如图中两个坐标系,坐标系O和坐标系O′。
【问题探究】
(1)如图所示,参考系O′相对于参考系O静止时,在经典时空观中,人测得的光速应是多少
提示:根据速度合成法则,人测得的光速应是c。
(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动,在经典时空观中,人测得的光速应是多少
提示:人测得的光速是c+v。
(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动,在经典时空观中人测得的光速又是多少
提示:人测得的光速是c-v。
(4)根据爱因斯坦在1905年提的两个假设,上述三种情况下,测得的光速是多少
提示:光速不变原理表明:在一切惯性系中观测真空中传播的光,其传播速度均为c,与光源或观察者的运动无关。
【结论生成】
1.时间和空间的相对性(物理观念)
(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也是同时的。
(2)相对论的时空观:“同时”具有相对性,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。
2.惯性系和非惯性系(物理观念)
(1)惯性系:牛顿运动定律能够成立的参考系称为惯性参考系。相对于这个参考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性参考系。
(2)非惯性系:牛顿运动定律不能成立的参考系称为非惯性参考系。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、房屋向后方加速运动,根据牛顿第二定律,房屋和树木应该受到不为零的合力作用,但事实上没有,也就是牛顿运动定律不成立,这里的加速车厢就是非惯性参考系。
3.狭义相对论的两个基本假设(物理观念)
(1)相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。
(2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
【典例示范】
　(多选)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
【解题指南】解答本题时应注意两点:
(1)对“同时”的相对性的理解:“同时”具有相对性,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就不一定是同时发生的。
(2)力学规律对惯性系来说都是相同的,但是光速是不变的。
【解析】选A、D。因为车厢是个惯性系,光向前、后传播的速度相同,光源又在车厢的中央,闪光当然会同时到达前、后两壁,A对。地面上的观察者认为地面是一个惯性系,闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的,但闪光飞向两壁的过程中,车厢向前行进了一段距离,所以向前的光传播的路程长些,到达前壁的时间也就晚些,故D也对。
【探究训练】
1.下列说法正确的是 (　　)
A.经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的
B.经典物理规律也适用于高速运动的物体
C.力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的
D.力学规律在任何惯性系里都是等价的
【解析】选D。在所有惯性系中,一切力学规律都是等价的,故选项D正确,选项C错误;经典物理规律是狭义相对论在低速状态下的一个近似,所以经典物理规律只适用于低速运动的物体,而经典物理中的速度合成公式也只适用于低速情况,故选项A、B均错误。故选D。
2.如图所示,华华乘坐速度为0.7c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的龙龙,龙龙的飞行速度为0.3c。华华向龙龙发出一束光进行联络,则龙龙观测到该光束的传播速度为 (　　)
A.0.7c B.0.4c C.0.3c D.1.0c
【解析】选D。根据光速不变原理,在任何参考系中测量的光速都是c,D正确。
【补偿训练】
　　关于经典力学和狭义相对论,下面说法中正确的是
(　　)
A.经典力学适用于宏观、高速运动的物体
B.光速不变原理是狭义相对论基本假设之一
C.狭义相对论和经典力学是相互对立,互不相容的两种理论
D.狭义相对论认为不同的惯性参考系中,一切物理规律形式不同
【解析】选B。经典力学的适用范围是低速、宏观的物
体,在物体高速运动时,物体的运动规律服从狭义相对
论,故A错误;光速不变原理是狭义相对论基本假设之一,
故B正确;牛顿的经典力学是爱因斯坦相对论在低速条
件下的近似理论,所以相对论的创立并不表明牛顿的经
典力学已不再适用,故C错误;狭义相对论认为不同的惯
性参考系中,一切物理规律形式相同,故D错误。故选B。

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