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狭义相对论的三个时空观
狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的一种物理学理论，它涉及到了时间和空间的观念。
狭义相对论的三个时空观如下：
1. 相对性原理：狭义相对论的第一个时空观是相对性原理，它认为物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。
换句话说，物理定律在不同的观察者之间是不变的，无论他们的运动状态如何。
这意味着没有一个特定的参考系是绝对的，而是都是相对的。
2. 光速不变原理：狭义相对论的第二个时空观是光速不变原理，它指出光速在真空中是恒定不变的，无论观察者自身的运动状态如何。
这意味着光在不同的参考系中传播的速度始终是相同的。
这个原理对于理解狭义相对论中的时间和空间的变化至关重要。
3. 时空的相对性：狭义相对论的第三个时空观是时空的相对性。
根据狭义相对论，时间和空间是相互关联的，构成了一个四维时空的连续体。
观察者的运动状态会导致时间和空间的相对变化，即时间的流逝速度和空间的长度会随着观察者的运动状态而发生变化。
这个时空观对于理解相对论中的时间膨胀和长度收缩等效应至关重要。
注：要求填空题和计算题，只给出计算过程，数值代入即可，不必算出结果。
第一章 质点运动二、填空题：1、一物体作如图所示的斜抛运动，测得在轨道A 点处速度v的大小为v ，其方向与水平方向夹角成30°．则物体在A 点的切向加速度t a =______________，轨道的曲率半径ρ =____________。
5、一质点沿直线运动，其坐标x 与时间t 有如下关系：t A x tωβcos e-= (SI) (β、A 皆为常数)(1) 任意时刻ｔ质点的加速度•a =_______________________；(2) 质点通过原点的时刻t =___________________________．6、两辆车A 和B ，在笔直的公路上同向行驶，它们从同一起始线上同时出发，并且由出发点开始计时，行驶的距离 x 与行驶时间t 的函数关系式：A 为 24t t X A += ，, B 为3222t t X B +=(1) 它们刚离开出发点时，行驶在前面的一辆车是______________；(2) 出发后，两辆车行驶距离相同的时刻是____________________；(3) 出发后，B 车相对A 车速度为零的时刻是__________________。
8、以初速率0v 、抛射角0θ抛出一物体，则其抛物线轨道最高点处的曲率半径为____________________。
10、在半径为R 的圆周上运动的质点，其速率与时间关系为2ct =v （式中c 为常量），则从t = 0到t 时刻质点走过的路程S (t ) =________________；t 时刻质点的切向加速度ta=____________；t 时刻质点的法向加速度n a =________________________。
11、两条直路交叉成α角，两辆汽车分别以速率1v 和2v 沿两条路行驶，一车相对另一车的速度大小为___________________________________。
第3、4节狭义相对论的其他结论 广义相对论简介1.光速是宇宙速度的极限，相对任何参考系光速都是一样的。
2．物体的质量随物体速度的增大而增大，质能方程：E ＝mc 2。
3．广义相对论的基本原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的；一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
4．广义相对论的结论：光线在引力场中偏转；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差。
一、狭义相对论的其他结论 1．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 ，车上的人以速度u ′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度u 为u ＝u ′＋v1＋u ′v c2。
(2)结论：光速c 是宇宙速度的极限，且相对任何参考系，光速都是一样的。
2．相对论质量(1)经典力学：物体的质量是不变的，一定的力作用在物体上产生一定的加速度，足够长时间后物体可以达到任意的速度。
(2)相对论：物体的质量随物体速度的增大而增大。
物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系是：m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，因为总有v ＜c ，可知运动物体的质量m 总要大于它静止时的质量m 0。
3．质能方程E ＝mc 2。
二、广义相对论简介1．超越狭义相对论的思考爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：(1)引力问题：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架。
(2)非惯性系问题：狭义相对论只适用于惯性参考系。
它们是促成广义相对论的前提。
2．广义相对性原理和等效原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的。
(2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
3．广义相对论的几个结论 (1)光线经过强引力场发生弯曲。
(2)引力红移：引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现了差别。
而使矮星表面原子发光频率偏低。
1．自主思考——判一判(1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质能。
(×) (2)一定的质量总是和一定的能量相对应。
相对论及其问题第一章狭义相对论说了些什么狭义相对论包括：两个原理、由洛伦兹变换开始的推导过程。
（原文见附录）一洛伦兹变换1、洛伦兹变换是一个假设。
2、洛伦兹时空坐标系：设定一个坐标系，这个坐标系有自己独立的空间坐标，独立的时间。
简单点说，就是这个坐标系有独立、统一的时空。
洛伦兹变换中，xyzt的设定，在数学上，是一个进步。
不只表现在t分开表示，其xyz 表达意思与伽利略变换也不相同。
洛伦兹变换，试图将经典物理的基础“伽利略变换”，再进一步。
3、速度ua、惯性运动，速度不变，恒为u；b、设A静止时，A认为B运动速度为u；反过来，设B静止时，B认为A运动速度为u；u的数值不变，隐含来自相对论相对性原理，即A、B相互做惯性运动，他们之间是平权等价的，A认为B是什么样子，反过来B认为A也会是同样的。
4、等式（1）来自数学0=k*0，即任何数乘以0得0。
等式2同样。
5、相对性原理不讨论。
只要知道使（1）（2）式的k=K。
***************现在有了k值统一的的洛伦兹变换式：x=k(X+uT) (1).X=k(x-ut) (2).二光速不变引文“(1)(2)(3)(4)(5)满足相对性原理,要确定k需用光速不变原理。
当两系的原点重合时，由重合点发出一光信号，则对两系分别有x=ct，X=cT.代入(1)(2)式得：ct=kT(c+u)，cT=kt(c-u).两式相乘消去t和T得：k=1/sqr(1-u^2/c^2)=γ.将γ反代入(2)(5)式得坐标变换：X=γ(x-ut) ”1、光信号的发出：由“设A系静止，B系速度为u，且沿x轴正向。
”“当两系原点重合时，由重合点发出一光信号，则对两系分别有x=ct，X=cT. ”可以看出，此光信号由重合原点发出，沿x（X）轴正向。
2、光信号轨迹：相对论此处叙述的不清楚，比如：当两系原点重合时，两系原点由重合点分别沿x（X）轴正向发出一光信号，这两个光信号轨迹相同吗？可能性1：不同。
相对论的三个基本公式
相对论的三个基本公式：
1．相对速度公式：△v＝｜v1－v2｜／√（1－v1v2／c＾2）
两物体速度是v1，v2，它们之间速度的差是△v，过去我们认为△v＝｜v1－v2｜，这个公式决定了，没有物体可以超过光速。
2．相对长度公式：L＝Lo＊√（1－v＾2／c＾2）
Lo是物体静止是的长度，L是物体的运动时的长度，v是物体速度，c是光速。
由此可知速度越大，物体长度越压缩，当物体以光速运动，物体的运动方向长度为0。
3．相对质量公式：M＝Mo／√（1－v＾2／c＾2）
Mo是物体静止时的质量，M是物体的运动时的质量，v是物体速度，c是光速。
由此可知速度越大，物体质量越大，当物体以光速运动，物体的质量为正无穷。
狭义相对论3个重要结论狭义相对论是20世纪最重要的理论之一。
它影响着宇宙学、量子力学、人类行为之类的诸多学科，引领了研究宇宙的新方向，并取得了广泛的成就。
其最重要的三个结论是：（1）能量和质量之间的关系：狭义相对论的第一个重要结论是，能量和质量之间具有等价的关系，也就是著名的质能关系”：E = mc2。
这意味着能量和质量可以互相转化，只要有足够的能量，质量可以从有形的物质变为无形的能量，反之亦然。
（2）时空变形：狭义相对论第二个重要结论是，物体在弯曲的时空中会遭受时空坐标的变形。
物体在引力影响下会变形，而无论是谁在观察，这种变形都是相同的。
因此，它提出了时间和空间是相对而不是绝对的概念。
（3）光子的重力：狭义相对论的最后一个重要结论是，光子也受到重力的作用，它的运动受到时空的影响，而且其在弯曲的时空中的行为与其他物体相同。
这是因为万有引力作用于所有的物体，而不仅仅是质量物体，这个事实证明了物质的能量和质量的同一性。
以上就是狭义相对论的三个重要结论。
它改变了人类对宇宙的理解，使物体在引力场中受到时空坐标的影响，根据这个理论，宇宙可能是有极限的。
近几十年来，狭义相对论的证据已经被普遍认可，它也在各种场合中不断得到验证和支持。
它的重要性不仅表现在物理上，而且也影响到社会科学和文化，因为它反映了宇宙的真实面貌，改变了人类对宇宙的理解，使人们能够更好地理解宇宙，进而深入地研究宇宙，挖掘它的秘密。
在宇宙学、物理学和数学等学科方面，狭义相对论贡献巨大。
它使物理学有了质能转换的基础，促进了宇宙学的发展，并且在现代物理学中仍然占有相当重要的地位。
随着对狭义相对论的不断深入研究，人们对它的研究也越来越深入，相信不久的将来，它必将带来更大的惊喜。
就像波恩说的：“时空终将改变我们对宇宙的看法，这样就可以改变宇宙，而另一个改变将会发生，这也是狭义相对论最强大、最深远的影响！”总之，狭义相对论是20世纪最重要的理论之一，其最重要的三个结论是：能量和质量之间的关系，时空变形，以及光子的重力。
三、时间、长度的相对性教学目标1．理解“同时”的相对性2．通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性 3．了解时空相对性的验证4．了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别 重点难点重点：同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性 难点：相对论的时空观 设计思想本节的重点是以爱因斯坦狭义相对论的两个原理为基础，通过对一些简单现象的分析和逻辑推理，得到一系列惊人的重要结论，并且所有推论都与事实很好的相符合。
其中“同时”的相对性比较抽象，不宜为学生理解，也是本节难点。
它是理解狭义相对论的关键概念，相对论中关于时空的新特性都与这一基本概念相关，许多有关相对论的佯缪以及对相对论理解上产生的种种疑惑，大都来源于对它的模糊认识。
因此在教学中阐述清楚“同时”的相对性，以及它与其它相对论的结论和联系是至关重要的。
教学资源 多媒体课件 教学设计 【课堂引入】问题：上一节课我们学习了狭义相对论的两个假设。
请同学们回忆一下这两个假设的内容。
（在不同惯性参照系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同惯性系中都是相同的。
）这节课我们继续来学习狭义相对论的有关知识。
【课堂学习】学习活动一：“同时”的相对性首先我们来认识一下“事件”的概念，在这里我们说的事件可以指一个婴儿的诞生，一个光子与观测仪器的撞击或闪电打击地面等等.请大家再举几个例子。
（光从光源发出，宇宙中某个星体的爆发，一个车辆的启动等都是“事件”。
） 下面我们通过一个实例分析，来看看经典物理和相对论对同时的理解有何不同。
问题1：车厢长为L ，正以速度v 匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v 0分别向前后匀速运动，（相对于车厢），问（1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观察者看来两球是否同时到达两壁？分析：在车上的观察者看来，A 球经时间t A =02v L=02v LB 球经时间t B =02v L=02v L因此两球同时到达前后壁。
