§6.1经典时空观
【学习目标】
知识与技能：
1、了解伽利略相对性原理，知道时空观与参考系的联系．
2、了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因．
3、了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响．
4、知道经典时空观与相对论时空观的主要区别． 过程与方法：
1、通过关于参考系和运动的“讨论与交流”，认识惯性系的概念与伽利略相对性原理． 2、解读并分析教材，了解绝对时空观与实验事实的矛盾．
3、通过了解爱因斯坦创立狭义相对论的过程，学习创立科学理论的基本方法——“提出假设”．
4、解读并分析教材，通过“讨论与交流”理解同时的相对性．
5、对比经典时空观的推论与相对论时空观的推论，认识经典时空观与相对论时空观的区别．
情感、态度与价值观：
1、通过“讨论与交流”活动，培养学生的独立思考能力、逻辑分析能力、口头表达的能力和合作学习的精神．
2、通过了解时空观的变革，从中认识物理学的发展和变革，体会相对论对人类认识世界的影响，感受物理学的发展对推动社会的作用．
【学习重点】
1知道狭义相对论的实验基础，基本原理和主要结论。 2、了解经典时空观与相对论时空观的主要区别。 【知识要点】 1．经典时空观
从参考系的概念引入经典时空观，是为了介绍牛顿引入经典时空观的理论出发点，使学生领会经典时空观是经典力学的理论基础．
(1)经典力学是讨论物体的运动状态及其改变的，而所有的运动都是在一定的时间、空间中进行的，机械运动是物体的位置移动，位置涉及空间概念，移动涉及速度，涉及时间概念，所以牛顿力学必定与一定的时空观相联系． (2)机械运动的描述离不开参考系，然而牛顿定律并不适用于所有的参考系(后人把牛顿定律适用的参考系叫做惯性参考系)，但是经典力学的理论框架本身并不能能明确给出什么是惯性参考系，牛顿的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间，用以判断各物体足处于静止、匀速运动还是加速运动状态．参见课程资源——《牛顿对绝对空间的设想》． 2．相对论时空观
相对论时空观的教学可分三个层次：狭义相对论的提出、相对论时空观、相对论对人类认识世界的影响．
(1)运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，钟的时间走得越慢；在与光速相等的时候，钟将似乎完全停止，时间就会停顿了．这种效应
1
得到了实验的验证．
(2)运动的尺子缩短．在对教材图5—2—6解释时，应注意指出左图中A尺相对于B尺静止，右图中A尺相对于B尺运动，在B尺看来A尺长度缩短，尺缩和钟慢一样，是对称的．即如果A、B之间有相对运动，那么，A看B的尺缩短了，B看A的尺缩短了．这个结论表示空间的大小并不是绝对的，而是相对的．
(3)物体质量随速度的增加而增大．爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大．他给出了著名的质能关系式：E=mc。，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用．
【典型例题】
【例】 根据相对论理论,如果地球上的时钟走过了时间t，那么，以速度v相对地球运动的飞船上的时钟走过的时间t′则为：
v2t′=t1?2(c是光在真空中的传播速度)
c (5－2)
通俗地说，就是运动的时钟变慢了.
设想飞船在甲乙两个相距8亿千米的星球间飞行，甲、乙两星球及飞船上各有一个巨大的钟，现飞船相对星球以0.75c(c是真空中光速)的速度离开甲星球飞向乙星球，飞船经过甲星球时，三个钟均调整指到3：00整.问，当飞船飞过乙星球的瞬间，飞船内的人看到乙星球上的钟和飞船上的钟分别指向多少？
解析：在乙星球的观察者看来，飞船飞越的时间为：
8?1011t= s≈3600 s=1 h 0.75?3.0?108所以，飞船内的人看到乙星球上的时钟指到4：00整. 在飞船内的观察者看来，飞船飞越的时间t′则为：
v2t′=t1?2=1×1?0.752h=0.66 h≈40 min
c所以，飞船内的人看到飞船上的钟指到3：40. 如果飞船上的人测量两星球间的距离，将是：
v2L=L01?2=8×1011×1?0.752 m=5.3×1011 m.
c
【当堂反馈】
1.广州的一个人在收听到收音机报时：“刚才最后一响是北京时间7：00整”的时候，他在最后一响时，把表对到7：00整，北京的钟和广州的钟是一致的吗？怎样才能使它们一致？
2.一列火车以速度v匀速行驶，车头、车尾各有一盏灯，某时刻路基上的人看见两灯同时亮了，那么从车厢顶上看见的情况是什么呢？
+－8
3.π介子是一不稳定粒子，平均寿命是2. 6×10s（在它自己的参考系中测得）.如
+
果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么实验室坐标系中测量的π介子寿命是否变
2
长？
4．狭义相对论认为长度是 。运动物体沿运动方向长度要 。
5．一列行进中的火车，前、后两处遭雷击，车上的人看来是同时发生的，地面上的人看来 同时的，这是由于同时的 。
6．经典力学在哪些问题上适用（ ） ①河波罗飞船登月 ②原子核外电子的运动 ③原子弹爆炸 ④F1赛车
A．①② B．②③ C．③④ D．④① 7．下列哪些是属于经典时空观的内容（ ）
①同一个物体在任何参考系中测量具有相同的长度
②光速是自然界中的极限速度，任何事物的速度不能超过光速 ③任何事件所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的 ④同时是相对的
A．①② B．②③ C．①③ D．③④
8．从狭义相对论出发，我们可以得到下列哪些结论（ ）
①同时的绝对性 ②运动的时钟变慢
③事件的因果关系可能颠倒 ④物体质量随速度增大而增大
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
9．氢原子光谱不是连续谱，而是一系列不连续的亮线组成的线状谱，这说明的是（ ）
A．光的波粒二象性 B．能量的连续性
C．原子只能处于一系列不连续的能量状态中 D．绝对时空的失效
【参考答案】
1、不一致，北京的钟先到7点整，要想两地的钟一致，必须在北京和广州的连线中点报时，两地同时拨钟才会一致.
2、灯先亮 3、变长
4、相对的 缩短 5、不是 相对性 6、D 7、C 8、C 9、C 【反思】 收 获
3
疑 问
4
高中物理 第六章 相对论 6.1 经典时空观学案 教科版选修34
