山东省高中物理第十五章相对论简介第1、2节相对论的诞生时间和空间的相对性讲义（含解析）

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1、第1、2节相对论的诞生时间和空间的相对性1.爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。2．时间和空间的相对性：“动尺变短”、“动钟变慢”。一、相对论的诞生1．经典的相对性原理(1)惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系。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。(2)伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。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，光速都是一样的。(2)两个基本假设：狭义相对性原理在不同的惯性参考系中，一切物

2、理规律都是相同的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二、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．长度的相对性(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。(2)相对论的时空观：长度也具有相对性，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。设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆有相对

3、运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则l、l0、v的关系是l＝l0。1．自主思考——判一判(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。(√)(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。(×)2．合作探究——议一议(1)运动的时钟变慢是不是因为时钟的构造因运动而发生了改变？提示：运动的时钟变慢是在两个不同的惯性系

4、中进行时间比较的一种效应，不是因为时钟的结构或精度因运动而发生了改变。(2)尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？提示：尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变。对相对性原理的理解1．惯性系和非惯性系牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。2．伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的。3．相对性原理与电磁规律(1)根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量，但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的。(2)迈克耳孙

5、—莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的。1．[多选]根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论(　　)A．任何力学规律在惯性系中都是相同的B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动解析：选AC　伽利略的相对性原理是力学规律在任何惯性系中都是相同的，故选项A正确，B错误；根据伽利略相对性原理的另一种表述，选项C正确，D错误。2．[多选]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

6、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。3．[多选]假设有一天某人坐在“神舟”号飞船上，以0.5c的速度遨游太空，当他打开一个光源时，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

7、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解析：选CD　根据狭义相对论的基本假设，真空中的光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c，A、B错误，C、D正确。动尺变短和动钟变慢1．“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式：l＝l0中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度。还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向的反方向以速度v运动时测出的杆的长度。2．“动钟变慢”：

8、时间间隔的相对性公式：Δ