高中物理 15.1 相對(duì)論的誕生 15.2 時(shí)間和空間的相對(duì)性 新人教選修34

...........一、經(jīng)典的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)性原理.1．慣性系和非慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系，相對(duì)于這個(gè)慣性系做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系.牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系稱(chēng)為非慣性系.2．伽利略相對(duì)性原理力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，即任何慣性參考系都是平權(quán)的..3．相對(duì)性原理與電磁規(guī)律根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，真空中的光速在任何慣性系中都是一個(gè)常量，但是按照伽利略的相對(duì)性原理，在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的.邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)證明：不論光源和觀(guān)察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是相同的..4．邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)背景根據(jù)麥克斯韋的電磁理論可以直接得到真空中電磁波的速度，并不需要初始條件，也就是說(shuō)，“電磁波的速度是c”，這本身就是電磁規(guī)律的一部分，而不是電磁規(guī)律應(yīng)用于某個(gè)具體事物的結(jié)論.于是，問(wèn)題出現(xiàn)了：麥克斯韋的電磁理論相對(duì)哪個(gè)參考系成立？如果它相對(duì)參考系S是正確的，另外還有一個(gè)參考系S′，S′相對(duì)于S以速度v運(yùn)動(dòng)，那么光相對(duì)于S′的速度應(yīng)該是(c-v)而不是c，好像電磁規(guī)律不是對(duì)任何慣性系都一樣.(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論不論光源與觀(guān)察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是一樣的..狹義相對(duì)論認(rèn)為：光速c是宇宙中的最大速度，實(shí)際物體無(wú)論怎樣加速，其速度只能接近而不能超越光速c..【典例1】(2010·北京高考)屬于狹義相對(duì)論基本假設(shè)的是:在不同的慣性系中()A.真空中光速不變B.時(shí)間間隔具有相對(duì)性C.物體的質(zhì)量不變D.物體的能量與質(zhì)量成正比【解題指導(dǎo)】解答本題的關(guān)鍵是牢記狹義相對(duì)論基本假設(shè),要與時(shí)間間隔的相對(duì)性、相對(duì)論質(zhì)量等區(qū)分開(kāi)來(lái)..【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A.狹義相對(duì)論基本假設(shè):一是在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；二是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，即光速不變?cè)?，由此可知A屬于狹義相對(duì)論基本假設(shè)，故A正確,B、C、D錯(cuò)誤..【變式訓(xùn)練】下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)，正確的是()A.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)中，同時(shí)是絕對(duì)的，即在一個(gè)參考系中的觀(guān)察者在某一時(shí)刻觀(guān)察到的兩個(gè)事件，對(duì)另一參考系中的觀(guān)察者來(lái)說(shuō)也是同時(shí)發(fā)生的B.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)中，時(shí)間間隔是絕對(duì)的，即任何事件(或物體的運(yùn)動(dòng))所經(jīng)歷的時(shí)間，在不同的參考系中測(cè)量都是相同的，而與參考系的選取無(wú)關(guān).C.在經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)中，空間距離是絕對(duì)的，即如果各個(gè)參考系中用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點(diǎn)距離是絕對(duì)不變的量值，而與參考系的選取無(wú)關(guān)D.經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀(guān)就是一個(gè)絕對(duì)的時(shí)空觀(guān)，時(shí)間、空間與物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)【解析】選A、B、C、D.經(jīng)典的時(shí)空觀(guān)認(rèn)為，時(shí)間、空間均是絕對(duì)的，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān).同時(shí)也是絕對(duì)的，即在一個(gè)參考系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在不同參考系中觀(guān)察也是同時(shí)發(fā)生的，故A、B、C、D均正確..【變式備選】下列說(shuō)法正確的是()A.在以豎直方向升空的火箭上向前發(fā)出的光，對(duì)地速度一定比c大B.在以豎直方向升空的火箭上向后發(fā)出的光，對(duì)地速度一定比c小C.在以豎直方向升空的火箭上沿水平方向發(fā)出的光,對(duì)地速度為cD.在以豎直方向升空的火箭上向任一方向發(fā)出的光,對(duì)地速度都為c.【解析】選C、D.根據(jù)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)——光速不變?cè)砜芍赫婵罩械墓馑傧鄬?duì)于火箭的速度為c，相對(duì)于地面的速度也為c，對(duì)不同的慣性系是相同的，因此C、D正確，A、B錯(cuò)誤..二、怎樣理解“動(dòng)尺變短”和“動(dòng)鐘變慢”.1．怎樣理解“動(dòng)尺變短”狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式：中，l0是相對(duì)于桿靜止的觀(guān)察者測(cè)出的桿的長(zhǎng)度，而l可以認(rèn)為是桿沿自己的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜止的觀(guān)察者測(cè)量的長(zhǎng)度.還可以認(rèn)為是桿不動(dòng)，而觀(guān)察者沿桿的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)出的桿的長(zhǎng)度..2．怎樣理解“動(dòng)鐘變慢”時(shí)間間隔的相對(duì)性公式：中，Δτ是相對(duì)事件發(fā)生地靜止的觀(guān)察者測(cè)量同一地點(diǎn)的兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔，而Δt是相對(duì)于事件發(fā)生地以速度v運(yùn)動(dòng)的觀(guān)察者測(cè)量同一地點(diǎn)的同樣兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔.也就是說(shuō)：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參考系中觀(guān)測(cè)，事件變化過(guò)程的時(shí)間間隔變大了，這叫做狹義相對(duì)論中的時(shí)間膨脹..3．理解要點(diǎn)(1)時(shí)間間隔、長(zhǎng)度的變化，都是由于物質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的一種觀(guān)測(cè)效應(yīng)，它與所選取的參考系有關(guān)，物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有變化.(2)兩個(gè)事件的時(shí)間間隔和物體的長(zhǎng)度，必須與所選取的參考系相聯(lián)系，如果在沒(méi)有選取參考系的情況下討論時(shí)間的長(zhǎng)短及空間的尺寸，是沒(méi)有任何意義的..以上結(jié)論是狹義相對(duì)論的必然結(jié)論，而狹義相對(duì)論的正確性已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，所以以上結(jié)論是高速世界中必然發(fā)生的現(xiàn)象，是客觀(guān)存在的事實(shí)，絕不是人們的主觀(guān)臆造，人們之所以平常觀(guān)察不到這些現(xiàn)象，是因?yàn)槲覀兩钤诘退龠\(yùn)動(dòng)的世界里..【典例2】地面上長(zhǎng)100km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30km/s的速度掠過(guò)，則火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)度應(yīng)該為多少？如果火箭的速度達(dá)到0.6c，則火箭上的人看到的鐵路的長(zhǎng)度又是多少？【解題指導(dǎo)】動(dòng)尺變短只有在高速(接近光速)情況下才能發(fā)生..【標(biāo)準(zhǔn)解答】當(dāng)火箭速度較低時(shí)，長(zhǎng)度基本不變，還是100km.當(dāng)火箭的速度達(dá)到0.6c時(shí)，由相對(duì)論長(zhǎng)度公式代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得：l=100×km=80km.答案：100km80km.【規(guī)律方法】應(yīng)用相對(duì)論“效應(yīng)”解題的一般步驟首先，應(yīng)該通過(guò)審題確定研究對(duì)象及研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度.其次，明確求解的問(wèn)題，即明確求解靜止參考系中的觀(guān)察結(jié)果，還是運(yùn)動(dòng)參考系中的觀(guān)察結(jié)果.最后，應(yīng)用“尺縮效應(yīng)公式”或“時(shí)間延緩效應(yīng)公式”進(jìn)行計(jì)算..【變式訓(xùn)練】π+介子是一種不穩(wěn)定粒子，平均壽命是2.6×10-8s(在自己的參考系中測(cè)得)(1)如果此粒子相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室以0.8c的速度運(yùn)動(dòng)，那么在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中測(cè)量的π+介子壽命多長(zhǎng)？(2)π+介子在衰變前運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)距離？.【解析】(1)π+介子在實(shí)驗(yàn)室中的壽命為(2)該粒子在衰變前運(yùn)動(dòng)的距離為x=vΔt=0.8×3×108×4.3×10-8m=10.32m.答案：(1)4.3×10-8s；(2)10.32m.【典例】如圖所示，在列車(chē)車(chē)廂的光滑水平面上有一質(zhì)量為m=5kg的小球，正隨車(chē)廂一起以20m/s的速度勻速前進(jìn).現(xiàn)在給小球一個(gè)水平向前的FT=5N的拉力作用，求經(jīng)10s時(shí)間，車(chē)廂里的觀(guān)察者和地面上的觀(guān)察者看到小球的速度分別是多少？.【標(biāo)準(zhǔn)解答】對(duì)車(chē)上的觀(guān)察者：小球的初速度為0，加速度a==1m/s2,10s末小球的速度v1=at=10m/s.對(duì)地上的觀(guān)察者：小球的初速度v0=20m/s，加速度仍為a==1m/s2，10s末小球的速度v2=v0+at=30m/s.

.一、選擇題1．根據(jù)伽利略相對(duì)性原理，可以得到下列結(jié)論()A．任何力學(xué)規(guī)律在慣性系中都是相同的B．同一力學(xué)規(guī)律在不同的慣性系中可能不同C．在一個(gè)慣性參照系里不能用力學(xué)實(shí)驗(yàn)判斷該參照系是否在勻速運(yùn)動(dòng)D．在一個(gè)慣性參照系里可以用力學(xué)實(shí)驗(yàn)判斷該參照系是否在勻速運(yùn)動(dòng).【解析】選A、C.伽利略的相對(duì)性原理是：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)伽利略相對(duì)性原理的另一種表述，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤..2．在一慣性系中觀(guān)測(cè)，有兩個(gè)事件同時(shí)不同地，則在其他慣性系中觀(guān)測(cè)，結(jié)果是()A．一定同時(shí)B．可能同時(shí)C．不可能同時(shí)，但可能同地D．不可能同時(shí)，也不可能同地【解析】選B.根據(jù)“同時(shí)”的相對(duì)性，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤..3．(2011·濱州高二檢測(cè))用相對(duì)論的觀(guān)點(diǎn)判斷，下列說(shuō)法不正確的是()A．時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變B．在地面上的人看來(lái)，以10km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的C．在地面上的人看來(lái)，以10km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄，而飛船中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人扁一些D．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度vc時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì).【解析】選A.時(shí)間和空間都是相對(duì)的，故選項(xiàng)A的說(shuō)法錯(cuò)誤；根據(jù)“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)，選項(xiàng)B、C的說(shuō)法正確；當(dāng)速度vc時(shí)，1-()2≈1，所以“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)可忽略不計(jì)，故選項(xiàng)D說(shuō)法正確..4．(2011·蘇州高二檢測(cè))下列說(shuō)法中正確的是()A．一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^(guān)察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同，這是經(jīng)典物理學(xué)家的觀(guān)點(diǎn)B．一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小C．一條桿的長(zhǎng)度靜止時(shí)為l0，不管桿如何運(yùn)動(dòng)，桿的長(zhǎng)度均小于l0D．如果兩條平行的桿在沿自己的長(zhǎng)度方向上做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與它們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀(guān)察者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿縮短了.【解析】選A、B、D.根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)可知，選項(xiàng)A正確；根據(jù)“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)，故選項(xiàng)B、D正確；只有在運(yùn)動(dòng)方向上才有“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)，若桿沿垂直桿的方向運(yùn)動(dòng)，則桿的長(zhǎng)度不變，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤..5．下列說(shuō)法中正確的是()A．相對(duì)性原理能簡(jiǎn)單而自然地解釋電磁學(xué)的問(wèn)題B．在真空中，若物體以速度v背離光源運(yùn)動(dòng)，則光相對(duì)物體的速度為c-vC．在真空中，若光源向著觀(guān)察者以速度v運(yùn)動(dòng)，則光相對(duì)于觀(guān)察者的速度為c+vD．邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是：不論光源與觀(guān)察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是一樣的【解析】選D.相對(duì)性原理簡(jiǎn)單而自然，但在電磁學(xué)的領(lǐng)域里，涉及到相對(duì)哪個(gè)參考系才成立的問(wèn)題，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)恚蔬x項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，D正確..6．(2011·朝陽(yáng)區(qū)高二檢測(cè))某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，如果希望把這段路程縮短為3光年，則他所乘飛船相對(duì)地球的速度為()A．0.5cB．0.6cC．0.8cD．0.9c【解析】選C.由故選項(xiàng)C正確..【方法技巧】“尺縮效應(yīng)”在解題中的應(yīng)用方法1.“尺縮效應(yīng)”只有在高速運(yùn)動(dòng)的情況下，才有明顯的顯現(xiàn).2.“尺縮效應(yīng)”中長(zhǎng)度的變化是沿運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度變化效應(yīng).這種長(zhǎng)度的變化僅僅是一種觀(guān)察結(jié)果，絕不是物質(zhì)各組成部分的空間尺度變化.3.在與運(yùn)動(dòng)方向垂直的方向上沒(méi)有“尺縮效應(yīng)”..7.（2011·江蘇高考）如圖所示，沿平直鐵路線(xiàn)有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車(chē)沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，列車(chē)上的觀(guān)測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是（）A.同時(shí)被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮D.無(wú)法判斷.【解析】選C.列車(chē)上的觀(guān)察者看到的是由B出發(fā)后經(jīng)過(guò)A和C反射的光，由于列車(chē)在這段時(shí)間內(nèi)向C運(yùn)動(dòng)靠近C,而遠(yuǎn)離A,所以C的反射光先到達(dá)列車(chē)上的觀(guān)察者，看到C先被照亮，故只有C正確..二、非選擇題8．愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)：(1)愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理：_____________________.(2)光速不變?cè)恚篲__________________________.【解析】(1)在不同慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的;(2)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的..9．用加速器對(duì)電子進(jìn)行加速，當(dāng)把電子加速到運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量是靜止質(zhì)量的三倍時(shí)，求電子獲得的速度大小是多少？【解析】由題意知，m=3m0，代入質(zhì)速方程=2.83×108m/s答案：2.83×108m/s.10．假如一對(duì)孿生兄弟A和B，其中B乘坐速度為v=0.9c的火箭飛往大角星，而后又飛回地球.根據(jù)A在地球上的觀(guān)測(cè)，大角星離地球有40萬(wàn)光年，這次B往返飛行經(jīng)歷時(shí)間為80.8年.如果B在離開(kāi)地球時(shí)，他們的年齡都為20歲，試問(wèn)當(dāng)B回到地球時(shí)，他們的年齡各有多大？【解析】設(shè)B在飛船慣性系中經(jīng)歷的時(shí)間為t′，根據(jù)鐘慢效應(yīng)得：解得t′=35.2年.所以B回到地球時(shí)的年齡為20+35.2=55.2年.A的壽命為100.8歲.答案：A:100.8歲B:55.2歲

.Thankyou!..9、靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹(shù)，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見(jiàn)頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見(jiàn)翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見(jiàn)青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線(xiàn)向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒(méi)有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒(méi)有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿(mǎn)，留一份不足，可得無(wú)限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門(mén)九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,Februar