第二节 相对论时空观（教学课件）物理粤教版必修第二册

第二节 相对论时空观 粤教版（2019）高中物理必修第二册 第五章 牛顿力学的局限性与相对论初步 @HY 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 绝对时空观： 时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。 也叫牛顿力学时空观 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 如图5-2-2所示,假设一节车厢以速度v匀速前进,车厢后部有一个光源.根据牛顿力学中速度的合成的观点,对于站台上静止的观测者来说，她观测到的光的传播速度应为c+v 观测和实验事实表明:无论光源和观测者如何运动,光速只能为c 事实是否真的如此呢？ 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 狭义相对论的基本假设 相对性原理： 光速不变原理： 在所有的惯性系中，一切物理规律都是相同的。 在所有的惯性系中，测得的真空中的光速都相同。 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。一节车厢中间顶部O处挂着一盏灯,前后门都有自动装置,使车门一接收到光信号便自动打开。车厢中部站着甲同学,站台上站着乙同学 情景： 在车厢里的甲同学观测到前后两门同时打开. 结果： 乙同学观测到后门先打开，前门后打开. 同时性的相对性 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 同时性的相对性 在一个惯性参考系中同时发生的两个事件， 在另一个惯性参考系看来是不同时的， 这被称为同时性的相对性 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 时间延缓 情景： 分别从甲乙同学的角度计算信号往返所需时间？ 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 时间延缓 情景： 同一事件，车上和站台上，所测时间间隔不同，车上所测时间间隔要短。 结果： 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 时间延缓 而在运动参考系里的人认为一切正常，并不感到自己周围的事件变得呆滞。这就是时间间隔的相对性，也称为“时间延缓”、“时间膨胀”或“钟慢效应” 它表明：在站台上将观测到火车上的时间进程变慢了，车上的一切物理过程、化学过程和生命过程都变慢了。 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 情景： 长度收缩 如图所示,假想有一个火车头匀速通站台,已知它的速为v， 没有尺子，只有一个钟。分别在车上，站台上测量站台 的长度？ 结果： 在车上测量的长度比站台上要短. 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 长度收缩 当物体相对于观测者运动时,在运动的方向上,观测者测量到该物体的长度要缩短,而垂直于运动方向的长度不会发生变化.这就是空间距离的相对性,也称为“长度收缩”或“尺缩效应” 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 在狭义相对论中,所有的惯性参考系都是等效的.那么,对于非惯性参考系(如加速运动的参考系)是否也是等效的呢?1907年,爱因斯坦把研究方向转向更为复杂的加速运动的相对性,并于1915年提出了广义相对论. 根据广义相对论,物体的引力场会使光线弯,引力场越强,光线弯曲越厉害.以太阳的引力场为例.如图5-2-7所示,由于太阳引力场的作用,远处一颗恒星发出的光经过太阳附近时,会由于太阳的引力而发生偏转. 基本假设 时空弯曲 时空相对性 新课引入 根据广义相对论,当恒星发出的光在引力场(大质量天体和黑洞)附近经过时,光线会像通过透镜一样发生弯曲,如图5-2-8所示.此类引力透镜现象也普遍被天文学家观测到.当远处天体与观测者的连线和天体“透镜”与观测者的连线之间的偏角很小时,观测者会观测到一个环绕天体“透镜”的光环,称为爱因斯坦环，如图5-2-9所示 1.牛顿定律能适用于下列哪些情况？ A、研究原子中电子的运动 B、研究“神州”五号的高速发射 C、研究地球绕太阳的运动 D、研究飞机从深圳飞往北京的航线1 BCD 经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。 课堂练习 2.(多选)在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象正确的是(　　) A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了 B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了 C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化 D．火箭上的人看地面上的物体长度变短，时间进程变慢了 BCD 课堂练习 单击此处编辑母版文本样式 二级 三级 四级 五级 $$