成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-4 相对论简介相对论简介第十五章第十五章第一节相对论的诞生第一节相对论的诞生第二节时间和空间的相对性第二节时间和空间的相对性第十五章第十五章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业6学习目标定位学习目标定位了解同时的相对性了解同时的相对性了解长度的相对性和时间间隔的相对了解长度的相对性和时间间隔的相对性性了解相对论的时空观了解相对论的时空观课堂情景切入课堂情景切入古古时时，中中国国有有一一句句得得道道成成仙仙之之语语：“洞洞中中方方一一日日，世世上上已已千千年年。”这这句句话话人人们们也也许许认认为为是是一一派派胡胡言言，但但在在现现实实中中确确有有其其事事，这这正正是是当当前前欧欧美美科科学学界界热热衷衷探探索索的的超超自自然然现现象象，称称之之为为“时空隧道时空隧道”。这也证明在中国古代可能已发现。这也证明在中国古代可能已发现“时空隧道时空隧道”。知识自主梳理知识自主梳理1惯性系惯性系如如果果_定定律律在在某某个个参参考考系系中中成成立立，这这个个参参考考系系就就叫惯性系。叫惯性系。2经典相对性原理经典相对性原理表述一：力学规律在任何表述一：力学规律在任何_中都是相同的。中都是相同的。表表述述二二：在在一一个个惯惯性性参参考考系系内内进进行行的的任任何何力力学学实实验验都都_判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做_运动。运动。表述三：任何惯性系都是表述三：任何惯性系都是_的。的。经典的相对性原理经典的相对性原理 牛顿运动牛顿运动惯性系惯性系不能不能匀速直线匀速直线平权平权1狭义相对性原理狭义相对性原理在在_参考系中，一切物理定律都是相同的。参考系中，一切物理定律都是相同的。2光速不变原理光速不变原理真真空空中中的的光光速速在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中中都都是是_的的，光光速与光源、观测者间的相对运动速与光源、观测者间的相对运动_关系。关系。狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设 不同的惯性不同的惯性相同相同没有没有1“同时同时”的相对性的相对性(1)经经典典的的时时空空观观：在在同同一一个个惯惯性性系系中中不不同同地地点点同同时时发发生生的的两个事件，在另一个惯性系中观察两个事件，在另一个惯性系中观察_。(2)相相对对论论的的时时空空观观：“同同时时”具具有有_性性，即即在在同同一一个个惯惯性性系系中中不不同同地地点点同同时时发发生生的的两两个个事事件件，在在另另一一个个惯惯性性系系中中观观察察_。时间和空间的相对性时间和空间的相对性 也是相同的也是相同的相对相对不一定同时不一定同时2“长度长度”的相对性的相对性(1)经经典典的的时时空空观观：一一条条杆杆的的长长度度不不会会因因为为观观察察者者是是否否与与杆杆做做_而不同。而不同。(2)相相对对论论的的时时空空观观：“长长度度”也也具具有有_性性，一一条条沿沿自自身长度方向运动的杆，其长度总比身长度方向运动的杆，其长度总比_时的长度小。时的长度小。相对运动相对运动相对相对静止静止相同的相同的不同不同4相对论时空观相对论时空观(1)经经典典时时空空观观：空空间间和和时时间间是是脱脱离离物物质质存存在在的的，是是_的，空间和时间之间也是的，空间和时间之间也是_联系的。联系的。(2)相对论时空观：空间和时间与物质的相对论时空观：空间和时间与物质的_有关。有关。绝对绝对没有没有运动状态运动状态重点难点突破重点难点突破一、对惯性系和非惯性系的认识一、对惯性系和非惯性系的认识1惯性系惯性系牛牛顿顿运运动动定定律律能能够够成成立立的的参参考考系系称称为为惯惯性性参参考考系系。相相对对于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。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非惯性系非惯性系牛牛顿顿定定律律不不能能成成立立的的参参考考系系称称为为非非惯惯性性参参考考系系。例例如如：我我们们坐坐在在加加速速的的车车厢厢里里，以以车车厢厢为为参参考考系系观观察察路路边边的的树树木木房房屋屋向向后后方方加加速速运运动动，根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律，房房屋屋和和树树木木应应该该受受到到不不为为零零的的合合力力作作用用，但但事事实实上上没没有有，也也就就是是牛牛顿顿定定律律不不成成立立，这这里里的加速车厢就是非惯性参考系。的加速车厢就是非惯性参考系。特别提醒：特别提醒：如如何何判判断断一一个个参参考考系系是是惯惯性性参参考考系系还还是是非非惯惯性性参参考考系系？我我们们通通常常选选大大地地为为惯惯性性参参考考系系，相相对对于于地地面面静静止止或或做做匀匀速速运运动动的的物物体体都都是是惯惯性性参参考考系系；相相对对于于地地面面做做变变速速运运动动的的物物体体都都是是非非惯惯性参考系。性参考系。 2015年年4月月25日日，尼尼泊泊尔尔发发生生8.1级级强强地地震震，中中国国武武警警总总队队特特派派一一飞飞机机前前往往，飞飞机机在在某某高高空空做做匀匀速速直直线线运运动动，投投放放一一包包救救急急物物品品，灾灾民民看看到到物物品品做做曲曲线线运运动动，飞飞行行员员看看到到物物品品做做自自由由落落体体运运动动，物物品品刚刚好好落落在在灾灾民民救救济济处处，根根据据经经典典时时空空观观，则则下下列列说法正确的是说法正确的是()A飞机为非惯性参考系飞机为非惯性参考系B飞机为惯性参考系飞机为惯性参考系C灾民为非惯性参考系灾民为非惯性参考系 D灾民为惯性参考系灾民为惯性参考系答案：答案：BD解解析析：物物品品投投放放后后，仅仅受受重重力力作作用用，飞飞行行员员看看物物品品是是初初速速度度为为零零的的自自由由落落体体运运动动，符符合合牛牛顿顿运运动动定定律律，故故飞飞机机为为惯惯性性参参考考系系，B对对；而而地地面面上上的的人人员员看看物物品品做做初初速速度度不不为为零零的的抛抛体体运运动，也符合牛顿运动定律动，也符合牛顿运动定律 ，D也对。也对。3理解要点理解要点(1)时时间间间间隔隔、长长度度的的变变化化，都都是是由由于于物物质质的的相相对对运运动动引引起起的的一一种种观观测测效效应应，它它与与所所选选取取的的参参考考系系有有关关，物物质质本本身身的的结结构构并没有变化。并没有变化。(2)两两个个事事件件的的时时间间间间隔隔和和物物体体的的长长度度，必必须须与与所所选选取取的的参参考考系系相相联联系系，如如果果在在没没有有选选取取参参考考系系的的情情况况下下讨讨论论时时间间的的长长短短及空间的尺寸，是没有任何意义的。及空间的尺寸，是没有任何意义的。特别提醒：特别提醒：以以上上结结论论是是狭狭义义相相对对论论的的必必然然结结论论，而而狭狭义义相相对对论论的的正正确确性性已已被被实实验验证证实实，所所以以以以上上结结论论是是高高速速世世界界中中必必然然发发生生的的现现象象，是是客客观观存存在在的的事事实实，绝绝不不是是人人们们的的主主观观臆臆造造，人人们们之之所所以以平平常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。观察不到这些现象，是因为我们生活在低速运动的世界里。 世世界界上上各各式式各各样样的的钟钟：砂砂钟钟、电电钟钟、机机械械钟钟、光光钟钟和和生生物物钟钟。既既然然运运动动可可以以使使某某一一种种钟钟变变慢慢，它它一一定定会会使使所所有有的的钟钟都都一一样变慢。这种说法是样变慢。这种说法是()A对的，对各种钟的影响必须相同对的，对各种钟的影响必须相同B不对，不一定对所有的钟的影响都一样不对，不一定对所有的钟的影响都一样CA和和B分别说明了两种情况下的影响分别说明了两种情况下的影响D以上说法全错以上说法全错答案：答案：A解析：解析：根据时间的相对性可知，选项根据时间的相对性可知，选项A正确。正确。考点题型设计考点题型设计 如如图图所所示示，强强强强乘乘坐坐速速度度为为0.9c(c为为光光速速)的的宇宇宙宙飞飞船船追追赶赶正正前前方方的的壮壮壮壮，壮壮壮壮的的飞飞行行速速度度为为0.5c，强强强强向向壮壮壮壮发发出出一一束束光光进进行行联联络络，则则壮壮壮壮观观测测到到该该光光束束的传播速度为的传播速度为 ()A0.4c B0.5cC0.9c Dc对光速不变原理的理解对光速不变原理的理解解解析析：由由狭狭义义相相对对论论的的基基本本假假设设：光光速速不不变变原原理理，真真空空中中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D正确。正确。答案：答案：D答案：答案：CD解解析析：根根据据狭狭义义相相对对论论的的基基本本假假设设光光速速不不变变原原理理可可知知：真真空空中中的的光光速速相相对对于于火火箭箭的的速速度度为为c，相相对对于于地地面面的的速速度度也也为为c，即即对对不不同同的的惯惯性性参参考考系系光光速速是是相相同同的的，因因此此C、D正正确确，A、B错误。错误。假假如如一一对对孪孪生生兄兄弟弟A和和B，其其中中B乘乘坐坐速速度度为为v0.9c的的火火箭箭飞飞往往大大角角星星，而而后后又又飞飞回回地地球球。根根据据A在在地地球球上上的的观观测测，大大角角星星离离地地球球有有40万万光光年年，这这次次B往往返返飞飞行行经经历历时时间间为为80.8年年。如如果果B在在离离开开地地球球时时，他他们们的的年年龄龄都都为为20岁，试问当岁，试问当B回到地球时，回到地球时， 他们的年龄各有多大？他们的年龄各有多大？ 时间间隔的相对性时间间隔的相对性答案：答案：A：100.8岁岁B：55.2岁岁点点评评：狭狭义义相相对对论论的的几几个个结结论论是是这这一一章章的的重重要要内内容容，在在对对这这些些结结论论或或公公式式用用于于分分析析和和计计算算时时，要要注注意意理理解解其其中中各各量量的的意意义，切记不可盲目乱套公式。义，切记不可盲目乱套公式。如如图图所所示示，在在一一个个高高速速转转动动的的巨巨大大转转盘盘上上，放放着着A、B、C三个时钟，下列说法正确的是三个时钟，下列说法正确的是()AA时钟走得最慢，时钟走得最慢，B时钟走得最快时钟走得最快BA时钟走得最慢，时钟走得最慢，C时钟走得最快时钟走得最快CC时钟走得最慢，时钟走得最慢，A时钟走得最快时钟走得最快DB时钟走得最慢，时钟走得最慢，A时钟走得最快时钟走得最快答案：答案：C如如图图，假假设设一一根根10 m长长的的梭梭镖镖以以光光速速穿穿过过一一根根10 m长长的的管管子子，它它们们的的长长度度都都是是在在静静止止状状态态下下测测量量的的。以以下下叙叙述述中中最最好好的的描描述述了了梭梭镖镖穿穿过过管管子子的的情情况况的的是是()长度的相对性长度的相对性 A梭梭镖镖收收缩缩变变短短，因因此此在在某某些些位位置置上上，管管子子能能完完全全遮遮住住它它B管管子子收收缩缩变变短短，因因此此在在某某些些位位置置上上，梭梭镖镖从从管管子子的的两两端伸出来端伸出来C两两者者都都收收缩缩，且且收收缩缩量量相相等等，因因此此在在某某个个位位置置，管管子子恰好遮住梭镖恰好遮住梭镖D所有这些都与观察者的运动情况有关所有这些都与观察者的运动情况有关解解析析：如如果果你你是是在在相相对对于于管管子子静静止止的的参参考考系系中中观观察察运运动动着着的的梭梭镖镖，那那么么梭梭镖镖看看起起来来就就比比管管子子短短，在在某某些些位位置置梭梭镖镖会会完完全全在在管管子子内内部部，然然而而当当你你和和梭梭镖镖一一起起运运动动时时，你你看看到到的的管管子子就就缩缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子。短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子。答案：答案：D答案：答案：A解解析析：观观察察者者B以以0.8倍倍光光速速平平行行于于y轴轴正正方方向向运运动动，根根据据尺缩效应，观察到钟的面积为尺缩效应，观察到钟的面积为SS，选项，选项A正确。正确。