第1节 初识相对论 第2节 相对论中的神奇时空 第3节 探索宇宙的奥秘
【学习素养·明目标】 物理观念：1.能初步了解相对论时空观的内涵，初步了解宇宙起源与演化的研究进展.2.能运用与相对论相关的初步知识解释高速世界的一些特点.3.尝试建立初步的相对论时空观．
科学思维：1.知道研究高速世界需要建构物理模型.2.知道科学推理与大胆想象的重要性.3.能用与狭义相对论相关的证据尝试说明高速世界的一些特点．
一、初识相对论
1．相对性原理
所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式．
2．光速不变原理
在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样(c＝3×108 m/s)．
二、相对论中的神奇时空观
1．时间延缓效应
(1)在相对论时空观中，运动的时钟比静止的时钟走得慢．
(2)关系式为τ＝，τ0为运动时间，τ为静止时间．
2．长度收缩效应
(1)在相对于物体运动着的惯性系中沿运动方向测出的物体长度，比在相对静止的惯性系中测出的长度变小．
(2)关系式： l＝l0.
3．质能关系
(1)按照相对论及基本力学定律可推出质量和能量有如下关系：E＝mc2，这就是著名的爱因斯坦质能方程．
(2)质量和能量是物质不可分离的属性，当物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加，其关系为ΔE＝Δmc2.
4．奇妙的时空弯曲
爱因斯坦的广义相对论认为：由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲，天体之间的引力作用是时空弯曲的结果．
三、探索宇宙的奥秘
1．宇宙的起源
“大爆炸”宇宙模型认为：宇宙从一个温度无限高，物质密度无限大的“奇点”爆炸而成．大爆炸宇宙模型不仅能解释宇宙光谱的红移现象，而且预言在大爆炸的背景下产生的微波辐射至今存在于宇宙空间中．
2．宇宙的演化
通过观测和理论分析，科学家推测宇宙的大部分都是由暗物质和暗能量组成的．
3．永不停息的探索
宇宙茫茫无际，人类的探索也不会停止，为了摆脱大气层的影响，人们先后发射了许多人造卫星及宇宙飞行器，用于天文观测.2016年，我国落成启用的世界上最大单口径、最灵敏、具有我国自主知识产权的射电望远镜，是人类探索宇宙深处奥秘的神奇“眼睛”——中国天眼．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)经典物理学认为，时间和空间与物质及其运动无关，并且时间和空间是完全独立的 (√)
(2)在不同的惯性系中，在不同的方向上，光的传播速度大小是不同的． (×)
(3)在高速世界中，运动的时钟会变慢，而在低速世界中这种效应可以忽略． (√)
(4)大爆炸宇宙模型认为宇宙起源于一个“奇点”． (√)
(5)科学家还没有证据证明黑洞的存在． (×)
2．(多选)关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是( )
A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的
AC [狭义相对论的基本假设有两个，分别是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理．选项A、C正确．]
3．(多选)关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是( )
A．宇宙起源于一个特殊的点，这个点大爆炸，是空间的开始
B．宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止
C．宇宙起源的“奇点”温度无限高，密度无限大
D．宇宙膨胀到某个极大值后可能会收缩
