5.2 相对论时空观简介-2025版高中物理必修二同课异构课件

相对论时空观简介1.狭义相对论2.广义相对论教学导入

设想人类可以利用飞船以0.2c的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？问题启发

引入主题

问题的答案似乎应为1.2c，然而，事实并非如此！因为经典力学不再适用。经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，要解决这一问题就需要用到相对论时空观。相对论时空观物理学上的里程碑牛顿力学时空观（绝对时空观）时间和空间独立于物体及其运动相对论时空观：时间和空间被联系在一起，它们互相联系又互相制约，物质的运动对时间和空间有一定的影响麦克斯韦建立了电磁场理论电磁波的传播速度等于光速c这个速度是相对哪个参考系而言的？迈克耳孙一莫雷实验

在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的！这与牛顿力学中不同参考系之问的速度变换关系不符。1、在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；爱因斯坦两个基本假设：2、真空中的光速在不同的惯性参号系中大小都是相同的。光速不变原理按照狭义相对论而言，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而增加(质速关系)，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。1、狭义相对论质速关系:m=_____________m01-m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速.狭义相对论钟慢尺缩

如果相对地面以v运动的某惯性参考系上的人，观察与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为t0，地面上的人观察该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为t，两者之间的关系为：时间不再是绝对的，而是相对的——钟慢效应。例如：假设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，闪光照到了车厢的前壁和后壁。（1）车上的观察者以车厢为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？甲参考答案：（1）如图甲所示：因为车厢是个惯性系，闪光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁。（2）车下的观察者来说，以地面为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些即：闪光先到达后壁，后到达前壁因此，这两个事件不是同时发生的。乙根据爱因斯坦的假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，所以他以地面为参考系，闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的。

由上面两个式子可以知道，运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体运动状态有关。这个结论具有革命性的意义，它反映的时空观称作相对论时空观。钟慢尺缩

如果有一根杆，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l0与l两者之间的关系是：空间不再是绝对的，而是相对的——尺缩效应。相对论时空观的验证

相对论时空观的第一次宏观验证是在1971年进行的。当时在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，另一架向西飞。两架飞机各绕地球飞行一周后回到地面，与留在地面上的铯原子钟进行比较。实验结果与相对论的理论预言符合得很好。动钟变慢关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是（）A．相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，彻底否认了经典力学B．相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的C．牛顿定律不适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例【答案】D【解析】A．相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，故A错误；B．根据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在不同的惯性参考系中是相同的，故B错误；C．牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于研究中国空间站天和核心舱的高速发射，故C错误；D．经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学中，故D正确。故选D。两个基本假设：1.广义相对性原理2.