第十五章 1~2

1、.1相對(duì)論的誕生2時(shí)間和空間的相對(duì)性學(xué)習(xí)目的1.知道經(jīng)典的相對(duì)性原理，知道狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)根底和它的兩個(gè)根本假設(shè).2.知道狹義相對(duì)論的幾個(gè)主要結(jié)論.3.理解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的主要區(qū)別，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響一、相對(duì)論的誕生1經(jīng)典的相對(duì)性原理1慣性系：牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以成立的參考系相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系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一樣的2相對(duì)性原理與電磁規(guī)律邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)證明了光速是不變的，這與傳統(tǒng)的速度合成法那么是矛盾的3狹義相對(duì)論的兩個(gè)根本假設(shè)1狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是一樣的2光速不變?cè)恚赫?/p>

2、空中的光速在不同的慣性參考系中都是一樣的二、時(shí)間和空間的相對(duì)性1“同時(shí)的相對(duì)性1經(jīng)典的時(shí)空觀：在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的2相對(duì)論的時(shí)空觀：“同時(shí)具有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察不一定是同時(shí)的2長(zhǎng)度的相對(duì)性1經(jīng)典的時(shí)空觀：一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同2狹義相對(duì)論認(rèn)為“動(dòng)尺變短：狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式：ll0，但垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度不變3時(shí)間間隔的相對(duì)性1經(jīng)典的時(shí)空觀：某兩個(gè)事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時(shí)間間隔總是一樣的2狹義相對(duì)論認(rèn)為“動(dòng)鐘變慢：時(shí)間間隔的相對(duì)性公式

3、t.4經(jīng)典時(shí)空觀和狹義相對(duì)論時(shí)空觀1經(jīng)典時(shí)空觀：空間和時(shí)間脫離物質(zhì)而存在，是絕對(duì)的，空間和時(shí)間沒(méi)有聯(lián)絡(luò)，即與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)2狹義相對(duì)論時(shí)空觀：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，空間和時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)即學(xué)即用判斷以下說(shuō)法的正誤1一根桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^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)的觀點(diǎn)2一根桿的長(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l0.×3“動(dòng)鐘變慢是時(shí)鐘的精度因運(yùn)動(dòng)而發(fā)生了變化×4高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員發(fā)現(xiàn)地面的時(shí)鐘變慢了一、經(jīng)典的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)論導(dǎo)學(xué)探究1如圖1所示，小球相對(duì)于參考系O以速度v0向右拋出，人相對(duì)于參考系O靜止，當(dāng)參考系O相對(duì)

4、于參考系O靜止、以速度v向右運(yùn)動(dòng)和以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人觀察到小球的速度分別為多大？圖12如圖2所示，光源相對(duì)于參考系O靜止，人相對(duì)于參考系O靜止，當(dāng)參考系O相對(duì)于參考系O靜止、以速度v向右運(yùn)動(dòng)和以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人觀察到的光源發(fā)出光的傳播速度分別為多大？圖2答案1分別為v0、v0v、v0v2人觀察到的光速都是c知識(shí)深化1慣性系與非慣性系確實(shí)定：我們通常選取大地為慣性系，相對(duì)于地面靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)的物體都是慣性系，相對(duì)于地面做變速運(yùn)動(dòng)的物體都是非慣性系2光的傳播速度與慣性系的選取無(wú)關(guān)在任何情況下，真空中的光速都是c.例1關(guān)于狹義相對(duì)論，以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是A狹義相對(duì)論認(rèn)為在不同的慣性參考系

5、中，一切物理規(guī)律都是一樣的B狹義相對(duì)論認(rèn)為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)C狹義相對(duì)論只涉及無(wú)加速運(yùn)動(dòng)的慣性系D狹義相對(duì)論任何情況下都適用答案D解析根據(jù)狹義相對(duì)論的根本假設(shè)可知，選項(xiàng)A、B正確；狹義相對(duì)論只涉及慣性參考系，不涉及非慣性參考系，選項(xiàng)D錯(cuò)誤，C正確例2如圖3所示，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為0.9cc為光速的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)展聯(lián)絡(luò)，那么壯壯觀測(cè)到該光束的傳播速度為圖3A0.4c B0.5c C0.9c Dc答案D解析根據(jù)愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論，在任何參考系中，光速不變，即光速不隨光源和觀察者所在參考系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而改變

6、，所以壯壯觀測(cè)到該束光的傳播速度為c，所以A、B、C錯(cuò)誤1各物理量有可能因?yàn)樗x擇參考系的不同而不同，但是它們遵循的物理規(guī)律是一樣的2光速不變?cè)韽?qiáng)調(diào)真空中的光速恒定不變，與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系二、時(shí)間和空間的相對(duì)性導(dǎo)學(xué)探究如圖4所示，一列車以速度v經(jīng)過(guò)站臺(tái)，站臺(tái)中部的觀察者C看到列車車頭正好到達(dá)站臺(tái)最右端的A人時(shí)，車尾正好到達(dá)站臺(tái)最左端的B人圖41假設(shè)此時(shí)站臺(tái)上的觀察者C看到A、B兩人同時(shí)面向列車舉起手中的小紅旗，那么站在列車中點(diǎn)的觀察者C看到A、B兩人是同時(shí)舉旗的嗎？假如不是同時(shí)舉旗，他會(huì)看到哪個(gè)人先舉旗？2站臺(tái)上的觀察者C看到列車長(zhǎng)度剛好和站臺(tái)長(zhǎng)度一樣，列車上的觀察者C認(rèn)為列

7、車長(zhǎng)度和站臺(tái)長(zhǎng)度一樣嗎？假如不一樣，他認(rèn)為列車長(zhǎng)還是站臺(tái)長(zhǎng)？3假定列車上的觀察者C舉起小紅旗向站臺(tái)上的A、B兩人揮動(dòng)致意，他認(rèn)為自己從舉起小紅旗到放下小紅旗的時(shí)間為t，站臺(tái)上的觀察者C觀察到他舉旗的時(shí)間也為t嗎？假如不是t，他認(rèn)為這個(gè)時(shí)間比t長(zhǎng)還是短？答案1不是同時(shí)舉旗，他看到A人先舉旗2列車長(zhǎng)度和站臺(tái)長(zhǎng)度不一樣，他認(rèn)為列車長(zhǎng)3不是t，他認(rèn)為這個(gè)時(shí)間比t長(zhǎng)例3地面上長(zhǎng)100 km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30 km/s的速度掠過(guò)，那么火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)度應(yīng)該為多少？假如火箭的速度到達(dá)0.6c，那么火箭上的人看到的鐵路的長(zhǎng)度又是多少？答案100 km80 km解析當(dāng)火箭速度較低時(shí)，長(zhǎng)度根

8、本不變，還是100 km.當(dāng)火箭的速度到達(dá)0.6c時(shí)，由相對(duì)論長(zhǎng)度公式ll0 代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得：l100× km80 km.應(yīng)用相對(duì)論效應(yīng)解題的一般步驟：(1)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.(2)明確求解的問(wèn)題，即明確求解靜止參考系中的觀察結(jié)果，還是運(yùn)動(dòng)參考系中的觀察結(jié)果.(3)應(yīng)用“尺縮效應(yīng)公式或“時(shí)間延緩效應(yīng)公式進(jìn)展計(jì)算.例4介子是一種不穩(wěn)定粒子，平均壽命是2.6×108 s在它自己的參考系中測(cè)得1假如此粒子相對(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)量的介子壽命多長(zhǎng)？2 在1中實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系里測(cè)量的介子在衰變前運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)間隔 ？答案14.3

9、×108 s210.32 m解析1介子在實(shí)驗(yàn)室中的壽命為t s4.3×108 s.2該粒子在衰變前運(yùn)動(dòng)的間隔 為xvt0.8×3×108×4.3×108 m10.32 m.1經(jīng)典相對(duì)性原理以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A經(jīng)典物理中的速度合成公式在任何情況下都是適用的B經(jīng)典物理規(guī)律也適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體C力學(xué)規(guī)律在一個(gè)靜止的參考系和一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的參考系中是不等價(jià)的D力學(xué)規(guī)律在任何慣性系里都是等價(jià)的答案D解析在所有慣性系中，一切力學(xué)規(guī)律都是等價(jià)的，故D正確，C錯(cuò)誤；經(jīng)典物理規(guī)律是狹義相對(duì)論在低速狀態(tài)下的一個(gè)近似，所以經(jīng)典物理規(guī)律只適用于低速運(yùn)動(dòng)的

10、物體，而經(jīng)典物理中的速度合成公式也只適用于低速情況，故A、B均錯(cuò)誤2狹義相對(duì)論多項(xiàng)選擇下面說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A在以c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c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c豎直方向升空的火箭上沿程度方向發(fā)出的光對(duì)地速度為cD在以c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答案CD解析根據(jù)狹義相對(duì)論的根本假設(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，即對(duì)不同的慣性參考系光速是一樣的，因此C、D正確，A、B錯(cuò)誤3空間的相對(duì)性慣性系S中有一邊長(zhǎng)為l的正方形如圖5所示從相對(duì)S系沿x軸方向以接近光速

11、勻速飛行的飛行器上測(cè)得此正方形的圖形是圖5答案C解析從相對(duì)S系沿x軸方向以接近光速勻速飛行的飛行器上觀察S系中的正方形，根據(jù)相對(duì)論效應(yīng)可知，沿x軸方向正方形邊長(zhǎng)縮短，而沿y軸方向正方形邊長(zhǎng)沒(méi)有改變，那么其形狀變成長(zhǎng)方形，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤4時(shí)間的相對(duì)性如圖6所示，A、B、C是三個(gè)完全一樣的時(shí)鐘，A放在地面上，B、C分別放在以速度vB和vC朝同一方向飛行的兩枚火箭上，且vBvC.地面上的觀察者認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢？哪個(gè)時(shí)鐘走得最快？圖6答案火箭C上的時(shí)鐘走得最慢，地面上的時(shí)鐘走得最快解析根據(jù)公式t可知，相對(duì)于觀察者的速度v越大，其上的時(shí)間進(jìn)程越慢，地面上的觀察者認(rèn)為C鐘走得最慢，因?yàn)樗鄬?duì)

12、于觀察者的速度最大；由t知<t，故地面上的時(shí)鐘走得最快一、選擇題考點(diǎn)一經(jīng)典的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)論1多項(xiàng)選擇根據(jù)伽利略相對(duì)性原理，可以得到以下結(jié)論A力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是一樣的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)慣性參考系里不能用力學(xué)實(shí)驗(yàn)判斷該參考系是否在勻速運(yùn)動(dòng)D在一個(gè)慣性參考系里可以用力學(xué)實(shí)驗(yàn)判斷該參考系是否在勻速運(yùn)動(dòng)答案AC2經(jīng)典力學(xué)規(guī)律不適用于A子彈的飛行B飛船繞地球的運(yùn)行C列車的運(yùn)行D粒子以接近光速運(yùn)動(dòng)答案D解析經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是宏觀、低速情形，子彈的飛行、飛船繞地球的運(yùn)行、列車的運(yùn)行，經(jīng)典力學(xué)能適用，故A、B、C錯(cuò)誤；粒子以接近光速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于微觀的情形經(jīng)典力學(xué)

13、不適用，故D正確3多項(xiàng)選擇假如牛頓運(yùn)動(dòng)定律在參考系A(chǔ)中成立，而參考系B相對(duì)于A做勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么在參考系B中A牛頓運(yùn)動(dòng)定律也同樣成立B牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能成立CA和B兩個(gè)參考系中，一切物理定律都是一樣的D參考系B也是慣性參考系答案ACD解析根據(jù)狹義相對(duì)性原理，在不同的慣性參考系中一切物理定律都是一樣的4以下幾種說(shuō)法：1所有慣性系對(duì)物理根本規(guī)律都是等價(jià)的2在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)3在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都一樣關(guān)于上述說(shuō)法A只有12是正確的B只有13是正確的C只有23是正確的D三種說(shuō)法都是正確的答案D解析狹義相對(duì)論認(rèn)為：物體所具有的一些物理量可以因所選

14、參考系的不同而不同，但它們?cè)诓煌膮⒖枷抵兴駨牡奈锢硪?guī)律卻是一樣的光速不變?cè)碚J(rèn)為：在不同的慣性參考系中，光速都是一樣的即光在真空中沿任何方向的傳播速度都是一樣的考點(diǎn)二時(shí)間和空間的相對(duì)性5如圖1所示，豎直墻上掛著一面時(shí)鐘，地面上的靜止的觀察者A觀察到鐘的面積為S，另一觀察者B以0.8倍光速平行y軸正方向運(yùn)動(dòng)，觀察到鐘的面積為S.那么S和S的大小關(guān)系是圖1AS>S BSS CS<S D無(wú)法判斷答案A解析觀察者B以0.8倍光速平行y軸正方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)尺縮效應(yīng)可知，B觀察到的鐘沿y軸方向的直徑將減小，而沿z軸方向的直徑不變，鐘的面積將比靜止的觀察者看到的面積要小，即S大于S，應(yīng)選A.6

15、假設(shè)地面上有一火車以接近光速的速度運(yùn)行，其內(nèi)站立著一個(gè)中等身材的人，站在路旁的人觀察車?yán)锏娜?，觀察的結(jié)果是A這個(gè)人是一個(gè)矮胖子B這個(gè)人是一個(gè)瘦高個(gè)子C這個(gè)人矮但不胖D這個(gè)人瘦但不高答案D解析取路旁的人為慣性系，車上的人相對(duì)于路旁的人高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)尺縮效應(yīng)，人在運(yùn)動(dòng)方向上將變窄，但在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上沒(méi)有發(fā)生變化，應(yīng)選D.7多項(xiàng)選擇用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)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在地面上看，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變快，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10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛

16、船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變短，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v遠(yuǎn)小于c時(shí)，“長(zhǎng)度收縮和“時(shí)間膨脹效果可忽略不計(jì)答案CD解析時(shí)間和空間都是相對(duì)的，沒(méi)有絕對(duì)準(zhǔn)確的時(shí)間和空間，所以A、B錯(cuò)誤；由ll0可知兩處的人都感覺(jué)ll0，所以C正確；由尺縮效應(yīng)和時(shí)間延緩效應(yīng)公式可知，當(dāng)v遠(yuǎn)小于c時(shí)，尺縮效應(yīng)和時(shí)間延緩效應(yīng)都可以忽略不計(jì)，所以D正確8.如圖2所示，在一個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的宏大轉(zhuǎn)盤上放著A、B、C三個(gè)時(shí)鐘，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是圖2AA時(shí)鐘走時(shí)最慢，B時(shí)鐘走時(shí)最快BA時(shí)鐘走時(shí)最慢，C時(shí)鐘走時(shí)最快CC時(shí)鐘走時(shí)最慢，A時(shí)鐘走時(shí)最快DB時(shí)鐘走時(shí)最慢，A時(shí)鐘走時(shí)最快答案C解析A、B、C三個(gè)時(shí)鐘中，C相對(duì)于地面的速度最大，A相對(duì)于地面的速度最??；由t可知，C時(shí)鐘走時(shí)最慢，A時(shí)鐘走時(shí)最快，應(yīng)選項(xiàng)C正確9如圖3，假設(shè)一根10 m長(zhǎng)的梭鏢以光速穿過(guò)一根10 m長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的以下表達(dá)中最好地描繪了梭鏢穿過(guò)管子情況的是圖3A梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來(lái)C兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住梭鏢D所有這些都與觀察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)答案D解析假如你是在相對(duì)于管子靜止的參考系中觀察運(yùn)動(dòng)著的梭鏢，那么梭鏢看起來(lái)就比管子短