教科版（2019）高中物理必修第二册5.2相对论时空观简介-课件 教科版（2019）

相对论时空观简介 学习目标 1．了解相对论的诞生及发展历程。 2．理解狭义相对论中时间和空间的相对性。 3．了解广义相对性原理和等效原理。 4．初步认识狭义相对论和广义相对论的内容和基本原理。 情境导入 人类史上首张黑洞照片发布 2019年4月10日，事件视界望远镜（EHT）国际合作组织在全球六地同步召开新闻发布会，宣布他们已经捕获了首张黑洞照片。 新知学习 1．麦克斯韦电磁场理论 真空中的光速是一个常量，在不同惯性参考系中应当有相同的值，这与经典力学相矛盾。 2．狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对论的相对性原理： 对不同的惯性系，物理规律（包括力学的和电磁学的）都是一样的。 (2)光速不变原理： 光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是相同的。 在这两个基本假设的基础上，爱因斯坦于1905年创立了狭义相对论。 一、相对论的诞生 二、狭义相对论 （一）同时的相对性 同时是相对的，是指相隔一定距离发生的两件事，在一个参考系中观测是同时发生的，在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测就可能不是同时，而是一先一后发生的。 思考：同时为什么是相对的？ 讨论交流 假设一列火车在平直的轨道上以很高的速度u匀速驶过站台，在车厢的正中放有一个闪光灯。现在使该灯发出一次闪光向周围传播。闪光照到车厢的前壁和后壁，是两个事件。小丽和她的静止在火车参考系中的小伙伴们在车上观测，小明和他的静止在站台参考系中的小伙伴们在站台上观测，他们认为这两个事件是同时发生的吗？即闪光是同时到达前后壁的吗？ 在车厢内观测，由于车厢是惯性系，光的速率向前和向后一样，而且经过的距离相同，所以闪光是同时到达前后壁的（如图）。 在站台上观测，由于底面是惯性系，所以闪光时先到达后壁而后到达前壁，不是同时发生的（如图）。 （二）运动时钟变慢（时间间隔的相对性） 在相对地面以高速v匀速运动的火车内的观察者，测得两个事件先后发生的时间间隔为Δτ，则在地面上的观察者测得的时间间隔为Δt。则Δτ和Δt之间的关系为： Δt＝Δτ????????????????? 同样的两件事，在它们发生于同一地点的参考系内所经历的时间最短；在其他参考系内观测，这段时间要长些。这一现象称为时间的相对性，也称为“动钟变慢”。 ? （三）长度的相对性 如果与杆相对静止的人认为杆长是l0，沿杆方向以高速v相对运动的人认为杆长是l，则l0和l之间的关系为l＝l0????????????????? 这就是狭义相对论的长度变换公式。它说明，一根尺子在运动时的长度总要比它静止时的长度小（?????????????????<1），这一现象常通俗地称为“动尺收缩”。 ? （四）相对论质量和能量 （五）相对论时空观 狭义相对论的时间变换公式和长度变换公式说明，同一段时间或长度在不同的惯性系内测得的结果是不一样的。这就是说，时间和空间的量度是与物体的运动有关的，是相对的。 运动物体的长度测量建立在必须同时进行观测的基础上，说明时间和空间的量度又是相互紧密联系的。 经典时空观是相对论时空观的特殊表现。在低速范围内，在广泛的技术领域，建立在经典时空观的基础上的牛顿运动定律仍然成立。探索太空的宇宙航行能够实现就是明证。 1.如何认识“同时”的相对性？ 答案:“同时”是指两个事件发生的时刻是一样的。“同时”的相对性是说，在一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一个惯性系中则可能不是同时发生的，即“同时”是相对的，也就是说，有人看到同时发生的事件，在其他观察者眼里可能不是同时发生的。 2.如何正确理解时间间隔的相对性? 3.怎样理解长度的相对性？ 讨论交流 人在舟中，闭牖而坐，舟行而人不觉。 狭义相对论的困难： 困难之一：无法解释惯性系的优先地位。 困难之二：万有引力定律无法纳入相对论的体系。 三 ... ...