相对论的诞生-时间和空间的相对性-课件(同名56).ppt

1、1.1.如何理解经典相对性原理？如何理解经典相对性原理？提示：提示：（1 1）惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成）惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系运动的另一个参考系也是惯性系.（2 2）这里的力学规律是指）这里的力学规律是指“经典力学规律经典力学规律”.（3 3）本原理可以有不同表示，比如：在一个惯性系内进行）本原理可以有不同表示，比如：在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否对于另一个惯性的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否对于另一个

2、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系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的.2.2.对光速不变原理如何理解？对光速不变原理如何理解？提示：提示：我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也不同，这是经典力学中速度的概念，但是，不同，这是经典力学中速度的概念，但是，18871887年迈克耳年迈克耳孙孙莫雷实验中证明的结论是：不论取怎样的参考系，光速莫雷实验中证明的结论是：不论取怎样的参考系，光速都是一样的，也就是说光速的大小与选取的参考系无关，光都是一样的，也就是说光速的大小与选取的参考系无关，光的速度是从麦克斯韦方程

3、组中推导出来的，它没有任何前提的速度是从麦克斯韦方程组中推导出来的，它没有任何前提条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的速度条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的速度.（1 1）牛顿运动定律适用于宏观、低速物体，不适用于微观、）牛顿运动定律适用于宏观、低速物体，不适用于微观、高速物体高速物体.（2 2）在一切惯性参考系中物理定律的数学形式完全相同）在一切惯性参考系中物理定律的数学形式完全相同.（3 3）虽然迈克耳孙）虽然迈克耳孙莫雷实验表明了狭义相对论的两个基莫雷实验表明了狭义相对论的两个基本假设的内容本假设的内容,但这终归是有限的几个实验但这终归是有限的几个实验,所以还是叫做假所以还是叫

4、做假设设,只有从假设出发只有从假设出发,通过逻辑推理通过逻辑推理(包括数学推导包括数学推导)所得出的所得出的大量结论都与事实相符大量结论都与事实相符,才能成为真正意义上的原理才能成为真正意义上的原理.典例典例1 1 对于狭义相对论的理解对于狭义相对论的理解,下列说法正确的是下列说法正确的是A.A.所有惯性系统对物理基本规律都是等价的所有惯性系统对物理基本规律都是等价的B.B.在真空中在真空中,光的速度与光的频率、光源的运动状态有关光的速度与光的频率、光源的运动状态有关C.C.在任何惯性系中在任何惯性系中,光在真空中沿任何方向的传播速度都相光在真空中沿任何方向的传播速度都相同同D.D.麦克斯韦电

5、磁理论只适用于某一特殊惯性系麦克斯韦电磁理论只适用于某一特殊惯性系解决这类问题的关键是要理解狭义相对论的两个基本假设解决这类问题的关键是要理解狭义相对论的两个基本假设.【规范解答【规范解答】选选A A、C.C.根据狭义相对论原理根据狭义相对论原理,在不同的惯性参在不同的惯性参考系中考系中,一切物理规律都是相同的一切物理规律都是相同的,A,A对对;真空中的光速在不同真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的的惯性参考系中都是相同的,与光的频率、光源的运动状态与光的频率、光源的运动状态没有关系没有关系,B,B错错,C,C对对;狭义相对论认为没有特殊参考系狭义相对论认为没有特殊参考系,D,D错错.1

6、.1.怎样理解同时的相对性？怎样理解同时的相对性？提示：提示：相对论时空观：相对论时空观：“同时同时”具有相对性，即在同一个惯具有相对性，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是不同时的，如图察是不同时的，如图.2.2.怎样理解长度的相对性怎样理解长度的相对性?提示：提示：当杆相对观察者静止时当杆相对观察者静止时,观察者观察到杆的长度不变观察者观察到杆的长度不变,当杆相对观察者运动时当杆相对观察者运动时,杆沿杆的长度方向长度变短杆沿杆的长度方向长度变短,但在与但在与杆垂直的方向上杆垂直的方向上,杆的长度不会发生变化

7、杆的长度不会发生变化.其中其中l为相对观察者运动时杆的长度为相对观察者运动时杆的长度,l0 0为相对观察者静止时杆的为相对观察者静止时杆的长度，如图长度，如图.20v1c（）,ll3.3.怎样理解时间间隔的相对性？怎样理解时间间隔的相对性？提示：提示：运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速快；相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟变慢了度越快，效果越明显，即运动着的时钟变慢了.其中其中tt为地面观察者测得的时间间隔，为地面观察者测得的时间间隔，为相对

8、观察者为相对观察者静止时测得的时间间隔静止时测得的时间间隔.2tv1c （）,4.4.怎样理解经典时空观与相对论时空观？怎样理解经典时空观与相对论时空观？提示：提示：（1 1）经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在）经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间也是没有联系的的，是绝对的，空间与时间也是没有联系的.（2 2）相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关）相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关.前面前面已经看到，在一个确定的参考系中观察，运动物体的长度已经看到，在一个确定的参考系中观察，运动物体的长度(空间距离空间距离)和它上面物理过程的快慢和它上面物理过程

9、的快慢(时间进程时间进程)都跟物体的都跟物体的运动状态有关运动状态有关.5.5.经典时空观和相对论时空观哪一个是正确的经典时空观和相对论时空观哪一个是正确的?哪一个是错哪一个是错误的误的?提示：提示：两者都不能说错误两者都不能说错误,只是相对论时空观更具有普遍性只是相对论时空观更具有普遍性,经典时空观虽有局限性经典时空观虽有局限性,但作为相对论时空观在低速运动时但作为相对论时空观在低速运动时的特例的特例,在自己的适用范围内还将继续发挥作用在自己的适用范围内还将继续发挥作用.（1 1）同时的相对性基于相对论的两个基本假设）同时的相对性基于相对论的两个基本假设.（2 2）长度的相对性）长度的相对性

10、(动尺缩短动尺缩短)，是，是“同时同时”的相对性带来的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速时，这种收缩效应就变得越显著当物体运动速度越接近光速时，这种收缩效应就变得越显著.（3 3）由于参考系的运动）由于参考系的运动,参考系上物体的一切物理、化学过参考系上物体的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了程和生命过程都变慢了:化学反应慢了化学反应慢了,甚至人的动作、人的甚至人的动作、人的新陈代谢也变慢了新陈代谢也变慢了但在该参考系上的人却没有这样的感但在该参考系上的人却没有这样的感觉觉.（4 4）时至

11、今日）时至今日,狭义相对论的所有结论不但已经完全得到证狭义相对论的所有结论不但已经完全得到证实实,而且已经成为微观粒子研究的基础之一而且已经成为微观粒子研究的基础之一.典例典例2 2 已知某特快列车的速度为已知某特快列车的速度为v v，一位乘客观察到一滴水，一位乘客观察到一滴水从行李架上下落到桌面经历的时间是从行李架上下落到桌面经历的时间是t t，试想如果站在铁道，试想如果站在铁道边上的人能清楚地看到水滴的运动，根据相对论可以得知，边上的人能清楚地看到水滴的运动，根据相对论可以得知，对他来说，这滴水下落的时间是变长了还是变短了？为什么？对他来说，这滴水下落的时间是变长了还是变短了？为什么？解答

12、本题的关键是理解狭义相对论时间间隔的相对性及公式解答本题的关键是理解狭义相对论时间间隔的相对性及公式 的应用的应用.2tv1c （）【规范解答【规范解答】变长了变长了.因为根据狭义相对论的时间间隔的相因为根据狭义相对论的时间间隔的相对性，地面上人的观测时间是对性，地面上人的观测时间是tt，列车上人的观测时间取，列车上人的观测时间取，根据时间转换公式，根据时间转换公式 可知，在地面上可知，在地面上的人观测到水滴的运动时间变长了的人观测到水滴的运动时间变长了.2tv1c （）,1.1.关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是（关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是（）A.A.适用于宏观物体适用于

13、宏观物体 B.B.适用于微观物体适用于微观物体C.C.适用于高速运动的物体适用于高速运动的物体 D.D.适用于非惯性系适用于非惯性系【解析【解析】选选A.A.牛顿力学只适用于惯性系中低速运动的宏观牛顿力学只适用于惯性系中低速运动的宏观物体物体.2.2.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行假设地面上有一火车以接近光速的速度运行,其内站立着其内站立着一个中等身材的人一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人站在路旁的人观察车里的人,观察的结观察的结果是（果是（）A.A.这个人是一个矮胖子这个人是一个矮胖子 B.B.这个人是一个瘦高个子这个人是一个瘦高个子C.C.这个人矮但不胖这个人矮但不胖 D.

14、D.这个人瘦但不高这个人瘦但不高【解析【解析】选选D.D.根据长度的相对性根据长度的相对性,相对运动方向长度减小相对运动方向长度减小,垂直于运动方向上的长度不变垂直于运动方向上的长度不变,所以这个人瘦但不高所以这个人瘦但不高,D,D项正项正确确.3.3.关于时间和空间，在学习狭义相对论后我们应认识到关于时间和空间，在学习狭义相对论后我们应认识到 （）A.A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的的时间进程都是相同的B.B.空间与时间之间是没有联系的空间与时间之间是没有联系的C.C.有物质才有空间和时间有物质才有空间和

15、时间D.D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关间进程跟物体的运动状态有关【解析【解析】选选C C、D.D.经典物理学认为空间和时间是脱离物质存经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的，在相在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的，在相对论时空观中，时间和空间是和物质的运动相联系的对论时空观中，时间和空间是和物质的运动相联系的.只有只有在物质存在时才有空间和时间的概念，时间和空间是相互在物质存在时才有空间和时间的概念，时间和空间是相互联系且是相对的联系且是相对的.4.4.一固有长度为一固有长度为4.0 m4.0 m的物体，若以速率的物体，若以速率0.6c0.6c沿沿x x轴相对于轴相对于某惯性系运动，试问从该惯性系测量，此物体的长度为多某惯性系运动，试问从该惯性系测量，此物体的长度为多少？少？【解析【解析】由题知由题知v=0.6cv=0.6c，l0 0=4.0 m=4.0 m则则答案：答案：3.2 m3.2 m220v0 6c14 01 m3 2 mcc（）（）.ll