第6章 第1讲 牛顿眼中的世界 爱因斯坦眼中的世界-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-4）

第1讲　牛顿眼中的世界　爱因斯坦眼中的世界 [目标定位]　1.知道经典力学的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设.2.知道狭义相对论的几个主要结论.3.了解绝对时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响.4.知道相对论速度变换公式． 一、牛顿眼中的世界 1．经典力学的相对性原理 (1)经典力学的相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的． (2)惯性系：处于静止或匀速直线运动状态的物体． 2．绝对时空观 (1)绝对时空观：时间和空间是绝对的． (2)绝对时间：“同时”是绝对的，时间也是绝对的，时间永远均匀地流逝着，与物质无关，与运动无关． (3)绝对空间：宇宙中存在一个绝对静止的惯性参考系，力学规律首先应当能在这个参考系中准确地陈述，这个绝对静止的惯性系与时间无关，永恒不变，它可以脱离物质独立存在． 二、爱因斯坦眼中的世界[来源:学*科*网] 1．狭义相对论的两条基本原理 (1)狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学等)对于所有惯性系都具有相同的形式． (2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关． 2．狭义相对论中的时间与空间 (1)同时是相对的 ①狭义相对论中的“同时”不再具有绝对的意义，不同惯性参考系的观察者对两个事件是否“同时”发生的回答可能是不同的，这与观察者所在参考系的运动有关，即“同时”是相对的．[来源:学|科|网Z|X|X|K] ②时间延缓效应 同一个物理过程，乘客测得时间为Δt′，站台上的观察者测得的时间为Δt，则Δt′与Δt的关系为：Δt＝ (2)长度是相对的 ①在狭义相对论时空观中，长度也与观察者的运动状态有关． ②长度缩短效应 地面观察者测得的长度为l，相对观察者静止时测得的长度为l0，则l＝l0 3．相对论的速度叠加 狭义相对论的速度叠加公式为u＝ u是物体相对静止参考系的速度，v是运动参考系相对静止参考系的速度，u′是物体相对运动参考系的速度． 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． 3．狭义相对论中的“同时”相对性、运动的时钟变慢、长度的收缩等效应只有在高速运动的情况下才会有明显的观测结果，在低速世界(v≪c)中这些效应可以忽略． 例1　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、时间和空间的相对性 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 事件同时但不同地点发生 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Δt′ 两事件发生的时间间隔变长．Δt＝ 长度的相对性 杆的长度为l0 若参考系沿杆的方向运动，观察到的杆的长度减小为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(　　) [来源:学*科*网Z*X*X*K] 图2[来源:学.科.网Z.X.X.K] 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100m，高度为10m．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高度10m．设飞船原长为l0，观测到飞船的长度为l，则根据尺缩效应有l＝l0＝100×m＝80m. 所以测量的飞船的高度和长度分别为10m、80m. 答案　测量的飞船的高度和长度分别为10m、80m. 三、对相对论速度变换公式的理解 设参考系相对地面的运动速度为v，参考系中的物体以速度u′沿参考系运动的方向相对参考系运动，那么物体相对地面的速度u＝. 1．当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时，公式中的u′取负值． 2．若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用． 3．由公式可知：u一定比u′＋v小，但当u′和v都比c小得多时，可认为u＝u′＋v，这就是低速下的近似，即经典力学中的速度叠加．