【课 题】

§6.2狭义相对论的基本原理

【学习目标】

1、根据日常观察及经验理解经典力学的时空观及其特点；

2、知道相对论的两个基本公设，并初步了解爱因斯坦对时空的新认识。

【学习重点】

1、伽利略相对性原理与爱因斯坦相对性原理 2、解经典力学的时空观与新的实验事实的矛盾

3、了解相对论的两个基本公设及爱因斯坦对时空的新认识。

【教学难点】

1、高速世界远离我们所生活的低速世界，不但难以用生活经验来诠释，而且与生活经

验相背离，导致学生难以接受。

2、经典物理学的概念根深蒂固，导致学生对新理论难以理解。

3、高速实验难以演示，缺乏直观的实验和形象生动的实例使学生难以想象。

【知识点导学】 一、经典力学的时空观

1、空间是与 无关的而永远相同和不动的（所谓绝对的空间）

2、时间自身在流逝着，而且由于其本性而 地与 无关的流逝着（所谓绝对时间）。

3、空间和时间是 、 的，时间尺度与空间尺度跟 均无关。 ※※※

1、与外界任何事物 2、均匀地 任何其他外界事物

3、相互独立 互不相干 任何外界物质的存在及其运动情况

经典力学的时空观，也称绝对时空观，也就是牛顿的时空观。

a) 按照这种时空观念，宇宙具有共同的时间，这个时间跟观察者没有关系。 b) 按照这种时空观念，不同地点可以有相同的时刻。

如北京22点、华盛顿9点、伦敦14点都是指同一个时刻，这种同时是绝对的。

c) 按照这种时空观念，对于地面上的两点间的距离，地面上的观察者和乘火箭高速运动的观察

者他们测量的结果应该是相同的，也就是说，这段距离是绝对的，与观察者所选的参考系无关。

4、伽利略相对性原理

1) 惯性系：在经典力学中， 的参考系，就叫做惯性系。相对于一个惯性系做

匀速直线运动的另一个参考系，是 。

2) 伽利略相对性原理：在不同的惯性系中， 都是相同的。即各个惯性系都是等价的。

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。这就是力学相对性原理。这一原理在实验基础上总结出来的。 ※※※ 牛顿运动定律成立 惯性系 一切力学规律

5、经典力学遇到了无法解决的问题：

经典力学是人们在人类生活生产中的经验、知识的归纳总结，其认识的视野还是“低速领域”，在此领域取得了很大的成功。当用它来研究高速领域的问题时，如电磁波的传播速度、光的传播速度问题，便遇到了无法解决的问题：

按照伽利略速度变换公式，光速会超过或小于3×105km/s ，然而大量事实证明光的传播速度与光源的运动情况无关，光在任何惯性系中都是不变的，这个实验就是 实验。 ※※※

迈克尔孙-莫雷实验

二、狭义相对论的基本公设

1、对追光问题的思考

爱因斯坦16岁起开始思考的一个问题：“如果以光速追光波，将会看到什么？”，这个问题困扰了爱因斯坦10年之久。如果认为看到一个停止不前的电磁振荡，这与直觉不符；而如果认为看到的是一个以一定速度行进的光，这又违反了速度合成法则。

我们看看下面的例子：

【例】如图，车厢的后部后一个光源，列车速度为v1，光相对车厢的速度为c，实验发现相对站台上的观察者，光的速度也是c。试通过此现象说明：

（1）此现象与我们在经典力学中学习的速度合成法则产生了怎样的矛盾？ （2）爱因斯坦是如何解决该问题的？ 【解析】

（1）以列车为参考系，光速为c。

以地面为参考系，车速为v1，根据经典力学中速度合成法则可知，光相对地面上观察者的速度应该为c+ v1。

然而实验事实是：光对观察者速度也是c。这就反映出经典力学与实验事实发生矛盾。 （2）爱因斯坦认为：不是实验事实有问题，而是经典力学有问题。 经典力学有什么问题？

爱因斯坦认为：经典力学的时空观存在问题，时间和空间不是相互独立的，而是相互联系的统一体，而且时间和空间与物质的运动也有关系。

爱因斯坦把“在不同的惯性系中光速是相同的”和“一切物理规律在不同的惯性系中都是相同的”作为基本原理，建立了新的时空观和新的理论（狭义相对论）。成功的解决了上述矛盾。

2、狭义相对论的基本公设

（1）在不同的惯性参考系中， 都是相同的。

（2）在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都等于c， 的运动无关。

公设（1）通常叫做爱因斯坦 原理。公设（2）通常叫做 原理。 ※※※

在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的。

在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动无关。 相对性 光速不变

【课后检测】

§6.2《狭义相对论的基本原理》课后检测题

1、关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是 【 】 A．适用于宏观物体 B．适用于微观物体

C．适用于高速运动的物体 D．适用于低速运动的物体 2、下列说法中正确的是 【 】

A．电磁波以及光都是在一种叫“以太”的介质中传播的 B．相对不同的参考系，光的传播速度不同 C．牛顿定律仅在惯性系中才能成立 D．时间会因参照系运动速度的不同而改变

3、爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的一场重大革命，相对论 【 】

A．彻底否定了牛顿的力学原理 B．认为时间和空间是绝对不变的

C．认为时间、空间并非绝对不变相互独立的 D．提出了时间、空间与物质也是相互联系的

4、下列说法中，符合狭义相对论的假设的是 【 】 A．在不同的惯性系中，一切力学规律都是相同的 B．在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的 C．在不同的惯性系中，真空中的光速都是相同的

D．在不同的惯性系中，真空中的光速都是不同的

5、继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了经典力学，创立了相对论，这说明

【 】