2013-2014学年高二物理配套课件：6.1～2 牛顿力学中运动的相对性 狭义相对论的两个基本假设（教科版选修3-4）.ppt

1、名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习1 牛顿力学中运动的相对性2 狭义相对论的两个基本假设名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习1了解伽利略相对性原理2知道伽利略速度变换3了解爱因斯坦相对性原理4.知道光速不变原理名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习一、伽利略相对性原理在任何惯性参考系中，力学的规律的，都可以用牛顿定律来描述惯性参考系：在这个参考系中，受到外力的合力为零的物体做运动都是一样匀速直线名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习二、经典时空观时间：是反映物质运动过程的长短，单位：年、月

2、、日、时、分、秒等空间：代表物体的尺寸、大小、物体之间的距离单位：光年、千米、米、毫米、微米、纳米等时间和空间是相互独立、互不相关的名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习三、伽利略速度变换vuvu是相对于地面的参考系的速率，v是在u参考系中的速度四、狭义相对论基本原理爱因斯坦相对性原理对一切物理而言，所有都是等价的光速不变原理真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为c，且与光源运动无关规律惯性系名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习一、经典力学的时空观惯性系和非惯性系的比较牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系牛顿运动定律不成立的参考系称为非

3、惯性系例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋、树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，这里加速的车厢就是非惯性系名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习(1)绝对的、真正的和数学的时间自己在流逝着，并且由于它的本性在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着(2)绝对空间，就其本性而言，与外界任何事物无关，而且永远是相同的和不动的时间和空间的绝对性：与观测者和被观测的客观事物处于什么样的运动状态无关，或说无论在哪一个参考系中来观测，测量结果是不变的、绝对的名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习力学的相对性

4、原理力学的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律；或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的、平权的因此无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习二、力学的相对性原理和狭义相对性原理的区别力学的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律；或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的、平权的因此，无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态而狭义相对论指的是物理定律在所有惯性系中都是相同的，因此各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系因此狭义相对论原理所指范围更大，内容更丰富名 师 解 疑分 类 例

5、析自 主 学 习【典例1】如图6-1、2-1所示，在列车车厢的光滑水平底面上有一个质量为m5 kg的小球，正随车厢一起以20 m/s的速度匀速前进现在给小球一个水平向前的F5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？对伽利略相对性原理的理解图6-1、2-1名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习法二：根据速度合成法则v2v1v0(1020)m/s30 m/s.答案 10 m/s30 m/s借题发挥在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s，另一个30 m/s，但我们却应用了同样的运动定律和速

6、度合成法则也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【变式1】根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论()A任何力学规律在静止的参考系中才是相同的B同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否在匀速运动D在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在匀速运动名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析 由伽利略的相对性原理知，C选项正确答案 C名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例2】火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号，火箭上测得光信号离开的速度是c.根据过去熟悉的速度合

7、成法则，光信号到达地球时地球上测得其速度是多少？根据狭义相对性原理呢？解析根据过去熟悉的速度合成法则，光信号相对于地球的速度是：vc0.75c0.25c.而根据狭义相对性原理，光速与光源、观察者之间的相对运动没有关系，光信号的速度仍为c.答案 0.25 cc对狭义相对论的两个基本假设的理解名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习借题发挥 经典力学的结论有一定的局限性，一般只适用于宏观物体的低速运动，在微观高速时就需要相对论的知识了名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习挑战爱因斯坦相对论的超光速中微子超光速中微子，顾名思义，是超光速的中微子该种中微

8、子于2011年9月24日被发现若再次被证实，现代物理学可能将被推翻现代物理的两大支柱一个是量子论，另一个就是相对论如果相对论被推翻，物理的大厦将会倒塌名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习惊天发现2011年9月24日，欧洲核子研究中心公布了一份研究结果，科研人员在让中微子进行近光速运动时，其到达时间比预计的早了60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)，对此，研究者认为，这可能意味着这些中微子是以比光速快的速度运行.根据爱因斯坦狭义相对论，光速是宇宙速度的极限，没有任何物质可以超越光速如果此次研究结果被验证为真，意味着奠定了现代物理学的基础将遭到严重挑战.超光速中微子名 师 解 疑分 类 例 析自

9、 主 学 习此次研究的中微子束源自位于日内瓦的欧洲核子研究中心，接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所粒子束的发射方和接收方之间有着730公里的距离，研究者让粒子束以近光速运行，并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度中微子束在两地之间的地下管道中穿梭研究所在地名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习发现意义欧洲核子研究中心在一份声明中表示，这个结果的潜在影响巨大，急需其他实验的独立测量进行重复实验，接受更广泛、更严谨的考验，这才能最终验证或反驳是否真的存在超光速粒子目前，研究中心已将此实验论文上传到公开网站上，并对全球物理学界进行在线说明.名 师 解 疑分 类 例 析自 主

10、 学 习欧洲核子研究中心研究主任贝托鲁奇说，如果这个研究被验证，将改变人类的物理观物理学家们认为，一旦这些粒子确实被证实跑过了光速，将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法，甚至改变人类存在的模式有分析人士认为，可能宇宙中的确还存在其他未知维度，中微子抄了其他维度的“近路”，才“跑”得比光快名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习理性看待对于相对论来说，中微子即便是超越了光速，也无法对相对论造成巨大的影响，相对论只能进行补充，但不会被推翻任何一个理论，都是有它的适应范围的，如果超过了它的适应范围，那就需要新的理论来约束它.名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习中微子是否超越了光速，这还是一个未

11、知的问题，超新星SN1987A爆发的时候，科学家也发现了中微子比光子提前到达了地球，但是可以用超新星对光子的不透明现象来解释而且能量也不是opera实验室的水平这次的超光速也带来了一些驳论假如中微子真的是超过了光速，那他是如何被探测到的呢？因为如果超过了光速，那么理论上中微子会回到过去，也就是穿越了，呵呵，这听起来很科幻，但是仔细想想，还真是那么一回事是爱因斯坦错了吗？还是opera实验室的科学家错了？再一个问题就是中微子是否走了捷径，这个所谓的捷径，可以理解为更高的维度，M理论假设宇宙中存在11个维度，中微子是否走了维度的捷径，这还是一个未知.名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习光是什

12、么？光是电磁场的震荡，粒子上是由光子组成，它的质量为零，宇宙中质量为零的物质速度就是极限，任何物质都不可能快过他物理学上有一种理论，叫做快慢宇宙，慢宇宙既是我们所在的宇宙，在这里最小的质量就是0.可以想象一下，两个博尔特，一个是很轻的，一个是很重的，哪个跑得快？对于快宇宙来说，最大质量即为0，在那里，最慢的速度就是光速，只要你愿意，你可以一瞬间从宇宙这头到宇宙的另一头，但是温度也可以达到宇宙极限但是问题又来了，既然最慢速度都是光速了，那那里不是每时每刻都在回到未来？这确实又是一个问题对于这次的中微子，据说计算出来的中微子质量是个复数，没错，质量是个i，那这个中微子还是我们这个宇宙中的吗？名 师

13、 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习可以说如果这次的实验是正确的，那么对于相对论来说并没有多大的影响，因为相对论仅适用于我们这个范围，爱因斯坦还是正确的，就好像牛顿的经典力学适用于低速，相对论适用于高速但是物理学可能就要翻开新的一页了，因为他很可能逾越了我们所认知的宇宙，因为我们所熟知的宇宙仅仅是个4维，对于更高维的，还仅仅是想象而已，更高的维度，有兴趣的读者可以看看大统一理论，他试图将整个宇宙中的一切维度，用一个公式来表示，名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习(M理论，超弦理论)在空间中，从一个点到另一个点，你并不需要有多么快的速度，你需要的是捷径，想象一下，一张纸，把它对折，你就会发现，从一个点到另外一个点并不是多么困难的事情，只需要一个对折，没错，这很可能就是中微子所走的捷径