《相對論中的神奇時空 第1課時》示范公開課教學(xué)課件【物理魯科版高中必修第二冊（新課標）】

第2節(jié)相對論中的神奇時空第5章科學(xué)進步無止境新課引入回顧狹義相對論的基本假設(shè)?新課引入假設(shè)一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。車上的觀察者將會看到什么現(xiàn)象，地面上的觀察者又會看到什么現(xiàn)象？〇、同時的相對性車上的觀察者以車廂為參考系，因為車廂是個慣性系，光向前、后傳播的速率相同，光源又在車廂的中央，閃光當然會同時到達前后兩壁。對于車下的觀察者來說，他以地面為參考系，因閃光向前、后傳播的速率對地面也是相同的，在閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進了一段距離，所以向前的光傳播的路程長些。他觀測到的結(jié)果應(yīng)該是：閃光先到達后壁，后到達前壁。因此，這兩個事件不是同時發(fā)生的。〇、同時的相對性在經(jīng)典力學(xué)中，時間是絕對的，時間均勻流逝的。兩者之間是獨立的。在經(jīng)典力學(xué)的，兩個事件在某一參考系中同時發(fā)生，那么在其他任意的參考系中這兩個事件也是同時發(fā)生的。在相對論中，時間和空間是不可分割的。時間和空間都是相對的，兩個事件是否同時發(fā)生也是相對的。一、時間延緩效應(yīng)如果相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是由于v<c，所以總有Δt>Δτ，此種情況稱為時間延緩效應(yīng)。二、長度收縮效應(yīng)如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是由于v<c，所以總有l(wèi)>l0，此種情況稱為長度收縮效應(yīng)。二、長度收縮效應(yīng)已知μ子低速運動的平均壽命為3.0μs。有文獻報道從1981m的高山上測得563個μ子，μ子下降的速率為0.99c，在海平面幾乎全部測到這些μ子。μ子在其壽命期間下降的高度為h=3.0μs×0.99c=891m。即在海平面應(yīng)該探測不到這些μ子，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？以μ子為參考系，其下降的高度為在此時間內(nèi)μ子可以下降的高度為即μ子在其壽命期內(nèi)可以下降到海平面上。二、長度收縮效應(yīng)以地面為參考系，μ子的壽命為在此時間內(nèi)μ子可以下降的高度為即μ子在其壽命期間內(nèi)可以下降到海平面。已知μ子低速運動的平均壽命為3.0μs。有文獻報道從1981m的高山上測得563個μ子，μ子下降的速率為0.99c，在海平面幾乎全部測到這些μ子。μ子在其壽命期間下降的高度為h=3.0μs×0.99c=891m。即在海平面應(yīng)該探測不到這些μ子，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？三、質(zhì)能關(guān)系在經(jīng)典物理學(xué)中，質(zhì)量和能量是兩個獨立的概念。按照相對論及基本力學(xué)定律可推出質(zhì)量和能量具有以下關(guān)系如果用Δm表示物體質(zhì)量的變化量，ΔE表示能量的變化量，則有ΔE=mc2。1938年，德國物理學(xué)家哈恩的重核裂變反應(yīng)使愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系得到了驗證。四、奇妙的時空彎曲四、奇妙的時空彎曲愛因斯坦的廣義相對論認為，由于物質(zhì)的存在，空間和時間會發(fā)生彎曲。天體之間的引力作用是時空彎曲的結(jié)果。萬有引力是廣義相對論的時空彎曲理論在弱引力場的近似表述。當遙遠的恒星發(fā)出的光經(jīng)過太陽表面時太陽周圍的空間彎曲，致使光線發(fā)生彎曲。1919年發(fā)生日