狭义相对论的基本原理

5.2狭义相对论的基本原理1.了解狭义相对论的两条基本公设。2.由伽利略变换和洛伦兹变换体会经典物理学的时空观和狭义相对论的时空观的不同。3.了解同时的相对性和相对论速度变换公式。学习目标定位知识储备区知识链接1.牛顿运动

匀速直线知识储备区2.相同

不变

3.力学

4.相对性

不变5.绝对

相对

同时6.新知呈现学习探究区一、狭义相对论的两条公设二、洛伦兹变换、同时的相对性三、相对论速度变换公式问题设计一、狭义相对论的两条公设1.在伽利略变换中，时间和空间是否有关系，它们与物体的运动有无关系？答案时间和空间是分离的。时间尺度和空间尺度跟物体运动无关，都是绝对的。2.面对电磁场理论与经典物理学之间出现的矛盾，爱因斯坦对时间和空间又是怎样理解的？答案爱因斯坦认为，空间和时间在本质上是统一的，空间和时间不是分离的。要点提炼狭义相对论的两个基本公设1.爱因斯坦相对性原理：在所有相互做匀速直线运动的惯性参考系中，

都是相同的。2.光速不变原理：在所有相互做匀速直线运动的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相等的。物理规律例1考虑以下几个问题：图2(1)如图2所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？(3)参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？解析光速不变原理指的是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。故三种情况下人看到的光速都是c。答案(1)c

(2)c

(3)c问题设计二、洛伦兹变换、同时的相对性如图3所示，一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照亮了车厢的前壁和后壁。车上的人观察到闪光同时照亮了前后壁吗？地上的人怎么认为？图3答案车上的人认为闪光同时照亮了前后壁，地上的人认为先照亮后壁。要点提炼1.洛伦兹变换2.同时的相对性(1)经典物理学家认为：如果两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也一定是

发生的。即同时是绝对的，与所在的惯性参考系

。(2)狭义相对论的时空观认为：同时是

的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的，跟观察者所选取的参考系有关。同时无关相对

延伸思考你能够在v≪c时，由洛伦兹变换得到伽利略变换吗？答案当v≪c时，公式x＝

中的

很小近似为零，故x＝x′＋vt′；公式t＝

中

也近似为零，则t＝t′。例2如图4所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(

)图4A.同时被照亮

B.A先被照亮C.C先被照亮 D.无法判断解析列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以列车上的观察者看到C先被照亮，故只有C正确。答案C问题设计三、相对论速度变换公式一列火车正以v＝50m/s的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u′＝5m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u＝v＋u′＝55m/s.若列车的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站台上的观察者测得该乘客的速度为0.9c＋0.5c＝1.4c吗？答案不是要点提炼相对论速度变换公式1.公式：设高速行驶的火车的速度为v，车上的人相对火车以速度u′运动，人相对地面的速度为u，则2.结论：光速c是物体运动速度的

，且相对任何参考系，光速都是

的。3.理解：若v≪c，u′≪c时，

可忽略不计，即1±

≈1，相对论速度合成公式可近似变为u＝v±u′。极限不变例3地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108m/s跟随A飞行。求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；解析A上的乘客看地面上的人以－2.5×108m/s向后运动.地面上的人看B以2.0×108m/s向前运动，则A上的乘客看到B的相对速度为u＝

×108m/s≈－1.125×108m/s。答案－1.125×108m/s(2)B上的乘客看到A的相对速度。解析B上的乘客看到A的相对速度为1.125×108m/s。答案1.125×108m/s课堂要点小结狭义相对论的基本原理狭义相对论的两条公设爱因斯坦相对性原理光速不变原理洛伦兹变换同时的相对性：“同时”是相对的，跟观察者所

选取的参考系有关相对论速度变换公式：u＝自我检测区1231231.通常我们把地球和相对于地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有(

)A.停在地面上的汽车B.绕地球做匀速圆周运动的飞船C.在大海上匀速直线航行的轮船D.以较大速度匀速运动的磁悬浮列车解析由惯性系和非惯性系的概念可知选B。B1232.关于狭义相对论，下列说法不正确的是(

)A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B.狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度

都等于c，与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系D.狭义相对论任何情况下都适用解析由狭义相对论原理可知D错误。D1233.设想有一艘飞船以v＝0.8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0.9c，从地面上的人看来，物体的