教科版高中物理必修2_5.2了解相对论(选学)

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##细品教材##

一、伽利略的相对性原理

情景再现：1632年，伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，书中他说：“船停着不动时，船内的小虫都以等速向舱内各个方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力．你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等．当你仔细地观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现所有上述现象丝毫没有变化．你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动．

要点详解：

1. 伽利略相对性原理

(1)惯性系和非惯性系

凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性系，而牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．

(2)伽利略相对性原理

含义：对于所有惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的．

①相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系； ②任何惯性系都是平等的．

拓展延伸：相对性原理表明，在某个惯性系中，描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统该过程作出描述的物理定律皆保持形式不变．

状元笔记：

从绝对时空观的角度看，这两条基本假设是矛盾的．所以必须摒弃经典的绝对时间、绝对空间的观念，才能使二者融洽．

2. 两条基本假设

第一是相对性原理．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． 第二是光速不变原理．不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同． 基于这两条基本原理，爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域．

二、相对论时空观

情景再现：1997年，根据美国著名天文物理学家卡尔·萨根的科幻作品所改编的科幻电影《接触未来》被搬上银幕．萨根希望讲述一个人类与外星人接触的故事，让外星更先进的文明通过无线电传授给地球人一种制造一台时间机器的方法，它可以在地球与天琴座α星之间建立便捷的通道．在电影中女主人公登

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上了一艘飞船，她的脚下是转动的机械臂，仿佛是进入了一个巨型离心机的涡轮之中．在影片中人们看到女主人公乘坐时间机器，飞速进入到一条五彩斑斓的隧道中，最终她终于来到了天琴座α星(织女星)．而从地球到织女星以光速也要走26年，像电影里所描述的那种到天琴座去一个来回，在地球上呈现的时间只有1秒钟，这就是利用了时空旅行的手段．

100年前，爱因斯坦提出了著名的狭义相对论，根据狭义相对论可以作出一些惊人的推断，例如：如果人能够以接近光速旅行，那么时间对于他来说就会停滞．希望将来有一天，我们会真正实现太空遨游．

要点详解：

1. 狭义相对论的时空观

(1)“同时”的相对性

在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的，这被称为“同时”的相对性．

状元笔记：

时间是不能绝对定义的，这与经典物理学的时空观是不同的.

(2)同时的相对性实验

车上的观察者认为两个事件是同时的．在他看来，这很好解释，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁．

车下的观察者则观察到，闪光先到达后壁，后到达前壁．地面也是一个惯性系，闪光前、后传播速度对地面相同，但闪光飞向两壁过程中，车厢向前行进一段距离，所以向前的光传播的距离更长一些，到达前壁的时刻也晚一些，这两个事件不同时．

(3)时空的相对性

时间、空间与物质运动的关系．

拓展延伸：这两个式子不仅揭示了时间、空间与物质运动存在着内在的不可

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分割的联系，而且给出了它们之间的定量关系．

【示例】在匀速前进的车厢中的自由落体，相对于车厢静止的观察者做什么运动？相对于地面静止的观察者又做什么运动？

解析：选择车厢中静止的观察者作参考系，物体做自由落体运动；选择地面静止的观察者作参考系，物体做平抛运动．

答案：自由落体运动，平抛运动

2. 运动的时钟变慢

(1)概述：一般地说，在一个相对于我们做高速度运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长．惯性系的速度越大，我们观察到的过程所经历的时间越长．对于化学反应、生命过程等，这一结论也是正确的．这就是时间延缓效应，也叫做钟慢效应．

(2)公式：.

状元笔记：

这种效应实质上就是说时间间隔的相对性．时间延缓效应是一种观测效应． 拓展延伸：需要说明的是，相对论所说的“钟”(即计时器)都是标准钟，走得一样快．每个惯性系的观测者都是使用静止于该参考系中的时钟进行有关时间的观测的．对同一个物理过程经历的时间，在不同惯性系中观测，测得的结果不同，这是相对论时空观的体现，是一种观测效应．不是时钟走得快或慢了，也不是被观测过程的节奏变化了．

【示例】 …… 此处隐藏：7039字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……