第5章 新時(shí)空觀的確立,5.1 電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問題 5.2 狹義相對(duì)論的基本原理,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.理解伽利略相對(duì)性原理. 2.了解狹義相對(duì)論的兩條基本公設(shè). 3.由伽利略變換和洛倫茲變換體會(huì)經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀和狹義相對(duì)論的時(shí)空觀的不同. 4.了解同時(shí)的相對(duì)性和相對(duì)論速度變換公式.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),1.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，光在任何方向上傳播時(shí)，相對(duì)于地球的速度都是 的.即光速c是 的. 2.伽利略相對(duì)性原理：對(duì)于 規(guī)律來(lái)說(shuō)，一切慣性系都是等價(jià)的. 3.狹義相對(duì)論的兩條公設(shè)為：愛因斯坦 原理和光速 原理. 4.同時(shí)的相對(duì)性 經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為同時(shí)是 的，與參考系無(wú)關(guān)，狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為同時(shí)是 的，即在一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中不一定是 的.,相同,不變,力學(xué),相對(duì)性,不變,絕對(duì),相對(duì),同時(shí),5.相對(duì)論速度變換公式 若高速運(yùn)動(dòng)的飛船相對(duì)于地球的速度為v，飛船上的某物體以速度u沿著飛船前進(jìn)的方向相對(duì)飛船運(yùn)動(dòng)，那么物體相對(duì)于地球的速度 u .,重點(diǎn)探究,一、電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問題,導(dǎo)學(xué)探究 1.舉例說(shuō)明電磁場(chǎng)理論與經(jīng)典物理學(xué)存在著尖銳的矛盾. 2.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？,答案 一輛車對(duì)地做勻速直線運(yùn)動(dòng)速度為v，若自車廂后壁發(fā)出一個(gè)閃光，按照經(jīng)典物理速度合成公式，這個(gè)閃光對(duì)地的速度為Vcv.但電磁場(chǎng)理論中光在真空中的傳播速度為c，并不涉及參考系問題. 答案 說(shuō)明光速c是不變的.,答案,知識(shí)深化 1.按經(jīng)典物理速度合成公式，一個(gè)人在相對(duì)地面以速度v運(yùn)動(dòng)的車或船上，向前進(jìn)方向擲出一個(gè)相對(duì)于自己以速度u運(yùn)動(dòng)的球，則球相對(duì)地面的速度應(yīng)為Vuv. 2.對(duì)光的傳播應(yīng)用了經(jīng)典的物理速度合成公式后，得出的結(jié)果與電磁場(chǎng)理論中“光在真空中的傳播速度為c”產(chǎn)生了矛盾.即經(jīng)典的速度合成公式對(duì)電磁學(xué)不適用. 3.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：光在任何方向上傳播時(shí)，相對(duì)地球的速度都是相同的.也就是說(shuō)，地球相對(duì)于“以太”的速度v實(shí)際上為零，或者說(shuō)“以太”根本不存在.光速c是不變的. 4.伽利略相對(duì)性原理：對(duì)于力學(xué)規(guī)律來(lái)說(shuō)，一切慣性系都是等價(jià)的.,例1 如圖1所示，在列車車廂的光滑水平底面上有一個(gè)質(zhì)量為m5 kg的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn).現(xiàn)在給小球一個(gè)水平向前的F5 N的拉力作用，求經(jīng)10 s時(shí)，車廂里的觀察者和地面上的觀察者看到小球的速度分別是多少？,解析,答案,圖1,答案 10 m/s 30 m/s,解析 對(duì)車廂里的觀察者,經(jīng)10 s時(shí)，速度v1at10 m/s. 對(duì)地面上的觀察者 解法一 物體初速度v020 m/s,經(jīng)10 s時(shí)，速度v2v0at30 m/s. 解法二 根據(jù)速度合成法則v2v1v0(1020) m/s30 m/s.,導(dǎo)學(xué)探究 1.在伽利略變換中，時(shí)間和空間是否有關(guān)系，它們與物體的運(yùn)動(dòng)有無(wú)關(guān)系？ 2.面對(duì)電磁場(chǎng)理論與經(jīng)典物理學(xué)之間出現(xiàn)的矛盾，愛因斯坦對(duì)時(shí)間和空間又是怎樣理解的？,答案 時(shí)間和空間是分離的.時(shí)間尺度和空間尺度跟物體運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，都是絕對(duì)的. 答案 愛因斯坦認(rèn)為，空間和時(shí)間在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，空間和時(shí)間不是分離的.,二、狹義相對(duì)論的兩條公設(shè),答案,知識(shí)深化 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本公設(shè) 1.愛因斯坦相對(duì)性原理：在所有相互做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中，物理規(guī)律都是相同的. 2.光速不變?cè)恚涸谒邢嗷プ鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中，光在真空中的速度都是相等的.,例2 考慮以下幾個(gè)問題： (1)如圖2所示，參考系O相對(duì)于參考系O靜止時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？,圖2,答案 c,答案,解析 光速不變?cè)碇傅氖钦婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的.故三種情況下人看到的光速都是c.,解析,(2)參考系O相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？ (3)參考系O相對(duì)于參考系O以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速又是多少？,答案 c 答案 c,答案,答案 車上的人認(rèn)為閃光同時(shí)照亮了前后壁，地上的人認(rèn)為先照亮后壁.,三、洛倫茲變換、同時(shí)的相對(duì)性,導(dǎo)學(xué)探究 如圖3所示，一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照亮了車廂的前壁和后壁.車上的人觀察到閃光同時(shí)照亮了前后壁嗎？地上的人怎么認(rèn)為？,圖3,答案,知識(shí)深化 1.洛倫茲變換,2.同時(shí)的相對(duì)性 (1)經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為：如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)發(fā)生的，那么在另一個(gè)參考系中觀察也一定是同時(shí)發(fā)生的.即同時(shí)是絕對(duì)的，與所在的慣性參考系無(wú)關(guān). (2)狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為：同時(shí)是相對(duì)的，即在一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中不一定是同時(shí)的，跟觀察者所選取的參考系有關(guān).,延伸思考 你能夠在vc時(shí)，由洛倫茲變換得到伽利略變換嗎？,答案,解析 列車上的觀察者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過(guò)A和C反射的光，由于列車在這段時(shí)間內(nèi)向C運(yùn)動(dòng)，靠近C而遠(yuǎn)離A，所以列車上的觀察者看到C先被照亮，故只有C正確.,例3 如圖4所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車上的觀測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是 A.同時(shí)被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.無(wú)法判斷,圖4,答案,解析,答案 不是,四、相對(duì)論速度變換公式,導(dǎo)學(xué)探究 一列火車正以v50 m/s的速度高速行駛，列車內(nèi)一乘客以相對(duì)列車u5 m/s的速度向前跑，站臺(tái)上的觀察者測(cè)得該乘客的速度是uvu55 m/s.若列車的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站臺(tái)上的觀察者測(cè)得該乘客的速度為0.9c0.5c1.4c嗎？,答案,知識(shí)深化 相對(duì)論速度變換公式 1.公式：設(shè)高速行駛的火車的速度為v，車上的人相對(duì)火車以速度u運(yùn)動(dòng)，人相對(duì)地面的速度為u，則,2.結(jié)論：光速c是物體運(yùn)動(dòng)速度的極限，且相對(duì)任何慣性參考系，光速都是不變的.,例4 地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5108 m/s從他身邊飛過(guò)，另一飛船B以速度2.0108 m/s跟隨A飛行.求： (1)A上的乘客看到B的相對(duì)速度；,答案,答案 1.125108 m/s,解析 A上的乘客看地面上的人以2.5108 m/s向后運(yùn)動(dòng).,解析,解析 B上的乘客看到A的相對(duì)速度為1.125108 m/s.,(2)B上的乘客看到A的相對(duì)速度.,解析,答案,答案 1.125108 m/s,課堂要點(diǎn)小結(jié),1.電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問題,電磁理論的“缺陷”,問題：光在真空中的速度為c，與參考系無(wú)關(guān),邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn),目的：證明以太是否存在 結(jié)論：以太不存在，光速不變,伽利略相對(duì)性原理 愛因斯坦的觀點(diǎn),2.狹義相對(duì)論的基本原理,相對(duì)論速度變換公式：u,狹義相對(duì)論的兩條公設(shè),洛倫茲變換 同時(shí)的相對(duì)性：“同時(shí)”是相對(duì)的，跟觀察者所選 取的參考系有關(guān),愛因斯坦相對(duì)性原理 光速不變?cè)?達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,3,4,1.通常我們把地球和相對(duì)于地面靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的參考系看成慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則其中屬于非慣性系的有 A.停在地面上的汽車 B.繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船 C.在大海上勻速直線航行的輪船 D.以較大速度勻速運(yùn)動(dòng)的磁懸浮列車,答案,解析 由慣性系和非慣性系的概念可知選B.,解析,2.關(guān)于狹義相對(duì)論，下列說(shuō)法不正確的是 A.狹義相對(duì)論認(rèn)為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B.狹義相對(duì)論認(rèn)為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等于c，與光 源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) C.狹義相對(duì)論只涉及無(wú)加速度運(yùn)動(dòng)的慣性系 D.狹義相對(duì)論任何情況下都適用,1,2,3,4,答案,解析 由狹義相對(duì)論原理可知D錯(cuò)誤.,解析,1,2,3,4,3.(多選)下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀，正確的是 A.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中，同時(shí)是絕對(duì)的，即在一個(gè)參考系中的觀察者在某一 時(shí)刻觀察到的兩個(gè)事件，對(duì)另一參考系中的觀察者來(lái)說(shuō)也是同時(shí)發(fā)生的 B.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中，時(shí)間間隔是絕對(duì)的，即任何事件(或物體的運(yùn) 動(dòng))所經(jīng)歷的時(shí)間，在不同的參考系中測(cè)量都是相同的，而與參考系的 選取無(wú)關(guān) C.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀中，空間距離是絕對(duì)的，即如果各個(gè)參考系中用來(lái) 測(cè)量長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點(diǎn)距離是絕對(duì)不變的量值，而與參考 系的選取無(wú)關(guān) D.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀就是一個(gè)絕對(duì)的時(shí)空觀，時(shí)間、空間與物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān),答案,解析,解析 由經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀內(nèi)容可知A、B、C、D正確.,1,2,3,4,4.設(shè)想有一艘飛船以v0.8c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿其運(yùn)動(dòng)方向拋出一物體，該物體相對(duì)于飛船的速度為0.9c，從地面上的人看來(lái)，物體的速度為 A.1.7c B.0.1c C.0.99c D.無(wú)法確定,答案,解析,