5.2初识相对论-2021-2022学年高一物理备课必备课件（鲁科版2019必修第二册）

第2节 相对论中的神奇时空 高中物理必修二 第五章 科学进步无止境 制作：东山二中沈雄斌 狭义相对论中的两个基本假设包含了不同于经典力学的新时空观，这种新时空观变革了传统的空间、时间、质量、能量等基本概念，揭示了时空统一性和物质、运动的统一性。 狭义相对论 时间延缓效应 经典时空观： 时间是绝对时间，与运动无关。 相对论时空观： 当时钟相对于观测者静止时，时钟走得快些； 当时钟相对于观测者高速运动时，观测者则认为时钟变慢了。 在一列以速度 v 做匀速直线运动的火车中，做一个物理实验的时间是 15 min，站台上的观察者测得该实验花费的时间会更长 。 例如： 同一个物理过程，乘客测得的时间为τ0，站台上的观察者测得的时间为τ，则： 显然， τ > τ0。这种时间观测效应被称为时间延缓 时间延缓效应 我们把时间延缓效应形象地表述为运动的“时钟变慢”。 时间延缓效应表明： 一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中测量不一定相同。与之相对静止的参考系测得的时间最短，称为固有时（ ） ；与之有相对运动的参考系测得的时间变长。相对速度越大，时间延缓效应越明显。 长度收缩效应 经典时空观： 空间是绝对时间，与运动无关。 相对论时空观： 空间与运动密切相关。 若一把刻度尺，相对它静止的观测者测量其长度为l0 （静止长度，又称固有长度），沿它长度方向相对运动的观测者测量其长度则是l，它们的关系为 显然，l<l0。这种时间观测效应被称为长度收缩效应。被测物体相对观测者的速度越大，长度收缩效应越明显。我们平常观察不到长度收缩效应，是因为我们生活在比光速低很多的低速世界中，v << c， l ≈ l0，长度收缩效应可忽略不计。 一把刻度尺，相对它静止的观测者测量其长度为 1 m，相对它运动的观测者测量其长度仍是 1 m。 质能关系 经典物理学 ： 质量和能量是两个独立的概念 。 相对论： 质量和能量是物质不可分离的属性。 这就是著名的质能关系式 m 是质量， c 是真空中光速， E 是能量。 如果用Δm 表示物体质量的变化量，ΔE 表示能量的变化量，则有： 损失的质量会转化为能量 1938 年，德国物理学家哈恩的重核裂变反应使爱因斯坦的质能关系得到了验证。从此，人类进入核能时代。 质速关系 经典物理学 ： 物体