新教材同步备课2024春高中物理第7章万有引力与宇宙航行5.相对论时空观与牛顿力学的局限性学生用书新人教版必修第二册.docVIP

5．相对论时空观与牛顿力学的局限性

1．知道爱因斯坦两个假设的基本内容，初步了解相对论时空观。

2．知道光速不变原理，会用长度收缩效应和时间延缓效应分析问题。

3．认识牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的。

相对论时空观

1．爱因斯坦的两个假设

(1)在不同的____参考系中，物理规律的形式都是____的。

(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是____的。

2．时间和空间的相对性

(1)时间延缓效应。

如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝_______

由于物体的速度不可能达到光速，所以1－vc2＜1，总有ΔtΔτ

(2)长度收缩效应。

如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以速度v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l＝_______。

由于1－vc21，所以总有ll

3．相对论时空观

Δt＝Δτ1-vc2和l＝l01-vc2表明：运动物体的长度(空间距离

运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关，如图所示，静止在地球上的人测得地月之间的距离为l0。

【问题】

(1)坐在从地球高速飞往月球的飞船里的航天员测得地月之间的距离仍为l0吗？

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(2)实际上物体长度和时间的长度真的变化了吗？

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(3)我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？

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1．狭义相对论的两个假设

(1)相对性原理

物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。

(2)光速不变原理

在一切惯性参考系中，测得的真空中的光速c都相同。

2．相对论时空观得到的两个效应

(1)时间延缓效应：如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，那么地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，有Δt＝Δτ1-vc2，c

理解：①对同一物理过程经历的时间，在不同的惯性参考系中观测，测得的结果不同，时间延缓效应是一种观测效应，不是被测过程的节奏变化了。②惯性参考系速度越大，地面上的人观测到的时间越长。③由于运动是相对的，故在某一参考系中观测另一参考系中发生的物理事件，总会感到时间延缓效应。即惯性参考系中的人观测地面上发生的事件的时间也延缓。

(2)长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，有l＝l01-vc2，总有l

理解：①长度收缩效应也是一种观测效应，不是物体本身发生了收缩。②在垂直于运动方向上，物体不会发生收缩效应。③由于运动是相对的，故在某一参考系中观测另一参考系中沿杆方向的长度，总有长度收缩效应。即在静止惯性参考系中的人观测运动的杆，沿杆运动方向的长度发生收缩。

【典例1】一支静止时30m的火箭以3km/s的速度从观察者的身边飞过。

(1)观察者测得火箭的长度应为多少？

(2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？

(3)如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？

(4)火箭内完好的手表走过了1min，地面上的人认为经过了多少时间？

[思路点拨]解此题的关键是理解公式

l＝l01-v2c2、

[听课记录]___________________________________________________________

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