5.2 相對論時空觀簡介-2025版高中物理必修二同課異構(gòu)課件

相對論時空觀簡介1.狹義相對論2.廣義相對論教學(xué)導(dǎo)入

設(shè)想人類可以利用飛船以0.2c的速度進行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光，該星球上的觀察者測量到的激光的速度是多少？問題啟發(fā)

引入主題

問題的答案似乎應(yīng)為1.2c，然而，事實并非如此！因為經(jīng)典力學(xué)不再適用。經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題，要解決這一問題就需要用到相對論時空觀。相對論時空觀物理學(xué)上的里程碑牛頓力學(xué)時空觀（絕對時空觀）時間和空間獨立于物體及其運動相對論時空觀：時間和空間被聯(lián)系在一起，它們互相聯(lián)系又互相制約，物質(zhì)的運動對時間和空間有一定的影響麥克斯韋建立了電磁場理論電磁波的傳播速度等于光速c這個速度是相對哪個參考系而言的？邁克耳孫一莫雷實驗

在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之問的速度變換關(guān)系不符。1、在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；愛因斯坦兩個基本假設(shè)：2、真空中的光速在不同的慣性參號系中大小都是相同的。光速不變原理按照狹義相對論而言，物體運動時質(zhì)量會隨著物體運動速度增大而增加(質(zhì)速關(guān)系)，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，即會發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。1、狹義相對論質(zhì)速關(guān)系:m=_____________m01-m0是物體靜止時的質(zhì)量，m是物體速度為v時的質(zhì)量，c是真空中的光速.狹義相對論鐘慢尺縮

如果相對地面以v運動的某慣性參考系上的人，觀察與其一起運動的物體完成某個動作的時間間隔為t0，地面上的人觀察該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為t，兩者之間的關(guān)系為：時間不再是絕對的，而是相對的——鐘慢效應(yīng)。例如：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。（1）車上的觀察者以車廂為參考系，閃光到達前后兩壁的時間相同嗎？甲參考答案：（1）如圖甲所示：因為車廂是個慣性系，閃光向前、后傳播的速率相同，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會同時到達前后兩壁。（2）車下的觀察者來說，以地面為參考系，閃光到達前后兩壁的時間相同嗎？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即：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。乙根據(jù)愛因斯坦的假設(shè)：真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的，所以他以地面為參考系，閃光向前、后傳播的速率對地面也是相同的。

由上面兩個式子可以知道，運動物體的長度（空間距離）和物理過程的快慢（時間進程）都跟物體運動狀態(tài)有關(guān)。這個結(jié)論具有革命性的意義，它反映的時空觀稱作相對論時空觀。鐘慢尺縮

如果有一根桿，與桿相對靜止的人測得桿長是l0，沿著桿的方向，以速度v相對桿運動的人測得桿長是l，那么l0與l兩者之間的關(guān)系是：空間不再是絕對的，而是相對的——尺縮效應(yīng)。相對論時空觀的驗證

相對論時空觀的第一次宏觀驗證是在1971年進行的。當(dāng)時在地面上將四只銫原子鐘調(diào)整同步，然后把它們分別放在兩架噴氣式飛機上做環(huán)球飛行，一架向東飛，另一架向西飛。兩架飛機各繞地球飛行一周后回到地面，與留在地面上的銫原子鐘進行比較。實驗結(jié)果與相對論的理論預(yù)言符合得很好。動鐘變慢關(guān)于相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性，下列說法中正確的是（）A．相對論和量子力學(xué)更加深入地研究運動規(guī)律，徹底否認了經(jīng)典力學(xué)B．相對論認為真空中的光速在不同的慣性參考系中是不同的C．牛頓定律不適用于研究中國空間站天和核心艙的高速發(fā)射D．經(jīng)典力學(xué)是相對論及量子力學(xué)在一定條件下的特例【答案】D【解析】A．相對論和量子力學(xué)并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，認為經(jīng)典力學(xué)是在一定條件下的特殊情形，故A錯誤；B．根據(jù)狹義相對論的光速不變原理，真空中光速在不同的慣性參考系中是相同的，故B錯誤；C．牛頓定律屬于經(jīng)典力學(xué)的研究范疇，適用于宏觀、低速運動的物體，低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對于光速，可判定牛頓定律適用于研究中國空間站天和核心艙的高速發(fā)射，故C錯誤；D．經(jīng)典力學(xué)是相對論及量子力學(xué)在一定條件下的特例，它包含于相對論和量子力學(xué)中，故D正確。故選D。兩個基本假設(shè)：1.廣義相對性原理2.