第06章 第1&2&3讲 牛顿力学中运动的相对性&狭义相对论的两个基本假设&时间、长度的相对性-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（教科版选修3-4）

第1讲　牛顿力学中运动的相对性 第2讲　狭义相对论的两个基本假设 第3讲　时间、长度的相对性 [目标定位]　1.了解牛顿力学中运动的相对性.2.了解伽利略相对性原理及其速度变换公式.3.了解狭义相对论的两个基本假设.4.了解狭义相对论的几个主要结论.5.了解经典时空观与相对论时空观的重要区别． 一、牛顿力学中运动的相对性 1．伽利略相对性原理 在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的，都可以用牛顿定律来描述． 2．经典时空观 (1)时间：反映物质运动过程的长短、久暂，常用年、月、日、时、分、秒等作为量度单位． (2)空间：代表物体的尺寸、大小，物体之间的距离等，常用光年、千米、米、毫米、微米、纳米等作为量度单位． (3)时间和空间是相互独立、互不相关的． 3．伽利略速度变换公式 若车厢相对地面以u向前行驶，车厢内人相对车厢以速率v′向前跑，则人对地面的速率为v＝u＋v′；若人向车后跑时，相对地面的速率为v＝u－v′. 二、狭义相对论的两个基本假设 1．爱因斯坦相对性原理 对不同的惯性系，物理规律(包括力学的和电磁的)都是一样的． 2．光速不变原理 光在真空中运动的速度在任何惯性参考系中测得的数值都是相同的． 三、时间、长度的相对性 1．同时的相对性 (1)经典物理学认为：时间的测量与参考系无关，即时间测量是绝对的． (2)狭义相对论的时空观认为：在一个参考系中同时发生的两件事，在另一参考系中不同时发生，这就是同时的相对性． 2．运动时钟的变慢 (1)定量计算 设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ0，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为τ，则τ＝≥τ0，u是相对运动的观察者的速率． (2)定性描述 同样的两件事，在它们发生于同一地点的参考系内所经历的时间最短；在其他参考系内观测，这段时间要长些．这一现象称为时间的相对性，也称为“动钟变慢”． 3．长度的相对性 (1)定量计算 如果与棒相对静止的人认为棒长为l0，以速率u与棒相对运动的人认为棒长为l，则l＝l0. (2)定性描述 一根棒在运动时的长度总要比它静止时的长度小( ＜1)．这一现象称为相对论长度收缩或洛伦兹收缩，也常通俗地称为“动棒缩短”． 4．相对论时空观 (1)时间和空间的量度都与物体的运动有关，是相对的．运动棒的长度的测量建立在必须同时进行观测的基础上，说明时间和空间的量度又是相互紧密联系的． (2)经典时空观是相对论时空观的特殊表现. 一、对狭义相对论的理解 1．各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们遵从的物理规律是相同的． 2．光速不变原理强调真空中的光速不变，与光源、观察者间的相对运动没有关系． 例1　关于狭义相对论，下列说法不正确的是(　　) A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 B．狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关 C．狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系 D．狭义相对论任何情况下都适用 解析　由狭义相对论原理可知D错误． 答案　D 针对训练　如图1所示，考虑几个问题： 图1 (1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？ (2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？ (3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？ 解析　根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c＋v，第三种情况应是c－v，而根据狭义相对论理论，光速是不变的，都应是c. 答案　(1)c　(2)c　(3)c 二、时间和长度的相对性 相对事件发生地或物体静止的参考系中观察 相对事件发生地或物体运动的参考系中观察 同时的相对性 事件同时发生 事件不同时发生 时间间隔的相对性 两个事件发生的时间间隔为Δτ 两事件发生的时间间隔变大．τ＝ 长度的相对性 杆的长度为l0 若参考系沿杆的方向运动，观察到的杆的长度变小．l＝l0 例2　如图2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2 A．同时被照亮 B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．无法判断 解析　因列车沿AC方向接近光速行驶，根据同时的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮． 答案　C 例3　在一飞船上测得飞船的长度为100 m，高度为10 m．当飞船以0.6c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？ 解析　因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m．设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则