第一节相对论的诞生第二节时间和空间的相对性 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 第二节时间和空间的相对性 课标定位学习目标 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 重点难点 1 同时 的相对性和时空相对性的验证 2 长度的相对性和时间间隔的相对性 课前自主学案 一 经典的相对性原理惯性参考系是指可以使 成立的参考系 1 力学规律在任何惯性系中都是 的 这就是伽利略相对性原理 又叫经典的相对性原理 牛顿运动定律 相同 2 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于另一个惯性系做 或者说 任何惯性参考系都是 的 二 狭义相对论的两个基本假设1 狭义相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是 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 的 匀速 直线运动 平权 相同 相同 三 时间和空间的相对性1 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 相对运动 相对 静止 3 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 相同 不同 4 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 核心要点突破 一 两种时空观的主要区别1 实验基础不同我们通过生活经验 通过对周围世界的观察最容易接受的是经典时空观 又叫绝对时空观 因为经典时空观是以v c的低速运动下的实验为基础建立的 而相对论时空观建立在光速不变实验基础上 在高速运动的情形中 相对论效应才会明显 由于缺少高速运动中的生活经验 初学者难以接受 2 对时间 空间与物质的联系性认识不同 1 经典时空观认为时间均匀流逝 与物质无关 空间是物质运动的场所 空间本身不受物质运动状态的影响 同时空间与时间也是没有联系的 总之一句话 时间 空间都是绝对的 不同参考系中观察同一物理过程时间是相同的 观察同一物体长度是相同的 2 相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关 运动物体的长度也跟物体的运动状态有关 换句话说 不同参考系中观察同一物理过程时间可能不同 观察同一物体长度可能不同 空间和时间与物质的运动状态有关 同时 时间和空间也是有联系的 3 经典时空观的价值经典时空观建立在实验的基础上 它的结论又受到无数次实践的检验 虽然相对论时空观更具有普遍性 但是经典时空观在低速运动时所得出的结论与实验事实符合的很好 由于宏观物体的速度不可能接近光速 所以经典时空观仍有存在的价值 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于时间和空间 在学习狭义相对论后我们应认识到 A 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B 空间与时间之间是没有联系的C 有物质才有空间和时间D 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 解析 选CD 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 在相对论力学中 时间和空间是和物质的运动相联系的 只有在物质存在时才有空间和时间的概念 时间和空间是相互联系且是相对的 二 对狭义相对论几个主要结论的理解1 几个主要结论 2 几个结论的理解要点 1 时间间隔 长度的变化 都是由于物质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 特别提醒 以上结论是狭义相对论的必然结论 而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 绝不是人的主观臆造 之所以人们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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 下列对时空观的认识 正确的是 A 以牛顿力学为基础的经典时空观 是完全错误的 无任何实用价值B 选择不同参考系 光速大小是不同的C 假若将一走时准确的时钟 放在喷气式飞机上做环球飞行 一段时间后 该时钟的读数将小于地面上的基准钟的读数D 一把尺子的长度无论你如何测量 其结果都是不变的 解析 选C 在物体低速运动时和在宏观世界里 牛顿运动定律是适用的 A错误 根据狭义相对论结论可知C正确 B D错误 故本题应选C 课堂互动讲练 设某人在速度为0 5c的飞船上打开一个光源 则下列说法正确的是 A 飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1 5cB 飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0 5cC 在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD 在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 精讲精析 根据狭义相对论的 光速不变原理 可知 真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的 所以真空中的光速相对于火箭的速度为c 相对于地面的速度也为c 答案 CD 易误警示 本题易误选A B 是因为按经典力学的相对性原理可以得出A B正确 而这一结论是错误的 与狭义相对论中的光速不变原理相矛盾 2011年高考江苏单科卷 如图15 1 1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 图15 1 1 A 同时被照亮B A先被照亮C C先被照亮D 无法判断 答案 C 人马星座 星是离太阳系最近的恒星 它距地球4 3 1016m 设有一宇宙飞船往返于地球与人马星座 星之间 设宇宙飞船的速度为0 999c 按地球上的时钟计算 往返一次需多长时间 若以飞船上的时钟计算 往返一次的时间又为多少 取1位有效数字 答案 9年0 4年 方法总结 狭义相对论的几个结论是这一章的重要内容 在对这些结论或公式用于分析和计算时 要注意理解其中各量的意义 切记不可盲目乱套公式 2011年衡阳模拟 在地面上有一长100m的跑道 运动员从起点跑到终点 用时10s 现从以0 8c的速度沿跑道向前飞行的飞船中观察 跑道有多长 答案 60m