2019教育第5章51電磁場理論引發(fā)的怪異問題52狹義相對論的基本原理.doc

1、5.1電磁場理論引發(fā)的怪異問題5.2狹義相對論的基本原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 知道經(jīng)典的相對性原理，知道狹義相對論的實驗基礎(chǔ)和 它的兩個基本假設(shè).(重點)2.知道狹義相對論的幾個主要結(jié)論.(重點)3. 了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主要區(qū)別，體會相對 論的建立對人類認(rèn)識世界的影響先填空1. 邁克耳孫一莫雷實驗(1) 經(jīng)典物理的速度合成公式 V= uiv.(2)1886 年邁克耳孫和莫雷利用可自由轉(zhuǎn)動的實驗臺等裝置，在水平面內(nèi)不 同的方位觀察干涉條紋并沒有預(yù)期的移動.“以太漂移的零結(jié)果”表明：光在任 何方向上傳播時相對地球的速度都是相同的 .即光速是不變的.2. 伽利略相對性原理(1) 內(nèi)容：力學(xué)規(guī)律在

2、任何慣性系中都是等價的.(2)在一個慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實驗都不能判斷這個慣性參考系是 否相對于另一個慣性系做勻速直線運(yùn)動.再判斷1. 牛頓定律在慣性系中都成立.(V)2.經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，時間和空間是不能脫離物質(zhì)而存在的.(X)3. 邁克耳孫一莫雷實驗尋找“以太”取得了成功.(X)后思考4.狹義相對論兩個基本假設(shè)的理解與應(yīng)用.(難點)電磁場理論引發(fā)的怪異問題知識脈絡(luò)第2頁牛頓定律在任何參考系中都成立嗎？【提示】 不一定.在慣性系中都成立，在非慣性系中牛頓運(yùn)動定律不成立第1頁核心點擊1慣性系和非慣性系牛頓運(yùn)動定律能夠成立的參考系，相對于這個慣性系做勻速直線運(yùn)動的另一 個參考系也是慣性系牛頓

3、運(yùn)動定律不成立的參考系稱為非慣性系2.伽利略相對性原理力學(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常量， 但 是按照伽利略的相對性原理，在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的 .邁克耳孫 莫雷實驗證明：不論光源和觀察者做怎樣的相對運(yùn)動，光速都是相同的 1.下列說法正確的是（）A. 物理基本規(guī)律在所有慣性系中都是等價的B. 在真空中，光的速度與光源的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)C. 在不同的慣性系中，在不同方向上光速大小不同D. 在所有慣性系中，光在真空中沿任何方向傳播的速度都相同E. 經(jīng)典力學(xué)規(guī)律適用于高速運(yùn)動的物體【

4、解析】 根據(jù)相對性原理知，物理規(guī)律在所有慣性系中都是等價的，A 正 確；根據(jù)光速不變原理知，B、D 正確；根據(jù)邁克耳孫一莫雷實驗結(jié)果，C 錯誤； 經(jīng)典力學(xué)只適用于低速和宏觀物體，E 錯誤.【答案】 ABD2. 如圖 5-1-1 所示，在列車車廂的光滑水平面上有一個質(zhì)量為 m= 5 kg 的小 球，正隨車廂一起以 20 m/s 的速度勻速前進(jìn)，現(xiàn)在給小球一個水平向前的 F= 5 N 的拉力作用，求經(jīng) 10 s 時，車廂里的觀察者和地面的觀察者看到小球的速度分 別是多少？圖 5-1-1【解析】 對于車上的觀察者：F2小球的初速度 vo= 0,加速度 a=1 m/s第4頁10 s 時速度 vi= a

5、t= 10 m/s.對于地上的觀察者：方法一：小球初速度 vo= 20 m/s、 F2加速度 a=帚帚=1 m/s10 s 末速度 V2= vo+ at= 30 m/s.方法二：根據(jù)速度合成法則V2= V1+ V0= (10+ 20) m/s= 30 m/s.【答案】 10 m/s 30 m/s慣性系與非慣性系的區(qū)分1.牛頓運(yùn)動定律能夠成立的參考系叫慣性系.以勻速直線運(yùn)動的汽車、輪船等作為參考系就是慣性系2.牛頓運(yùn)動定律不能成立的參考系稱為非慣性系.例如，我們坐在加速的車 廂里時，以車廂為參考系觀察路邊的樹木、房屋，它們向后方加速運(yùn)動，根據(jù)牛 頓運(yùn)動定律，房屋樹木應(yīng)該受到不為零的合外力作用，

6、但事實上卻沒有，也就是 說牛頓運(yùn)動定律不成立.這里加速的車廂就是非慣性系.先填空1.狹義相對論的兩個基本假設(shè)(1)狹義相對性原理：在所有相互做勻速直線運(yùn)動的慣性參考系中，物理 _律都是相同的.(2)光速不變原理：在所有相互做勻速直線運(yùn)動的慣性參考系中，光在真空 中的速度都是相等的.2.“同時”的相對性1 識點狹義相對論基本原理(1)絕對時空觀：在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另第3頁個慣性系中觀察也是同時的，即時間是絕對的(2)相對論的時空觀：“同時”具有相對也即在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察可能是不同時的.再判斷1靜止或勻速直線運(yùn)動的參考系是慣

7、性系.(V)2由于在任何慣性系中力學(xué)規(guī)律都是相同的，因此，研究力學(xué)問題時可以選 擇任何慣性系.(V)3.在不同的慣性系中，光速是不相同的.(x)后思考飛船在高空以 0.1c 的速度向目標(biāo)飛行，在飛船上向目標(biāo)方向發(fā)射一個光信 號，則在地面的觀察者看來光信號的速度是1.1c 嗎？【提示】由經(jīng)典力學(xué)的相對性原理可知，光信號相對地面的速度v= c+ 0.1c=1.1c，但這一結(jié)論是錯誤的根據(jù)狹義相對論的假設(shè)，真空中的光速相對于飛船為 C,相對于地面也為 c，對不同慣性參考系是相同的核心點擊1. 狹義相對論的兩個基本假設(shè)(1) 第一個假設(shè)：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，即自 然界不存在特

8、殊的慣性參考系，對于一切物理現(xiàn)象的描述來說，所有慣性系都是 等效的(2) 第二個假設(shè)：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源 的運(yùn)動和觀察者的運(yùn)動無關(guān).2. 對狹義相對論兩個假設(shè)的理解(1) 愛因斯坦提出了兩條基本假設(shè)是相對論的基礎(chǔ)，對同時的相對性等經(jīng)典力學(xué)所無法解決的問題，應(yīng)緊緊地抓住兩條基本假設(shè)這一關(guān)鍵點.第6頁(2) 真空中對不同的慣性參考系來說，光速都是相同的.(3) 經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論是有一定局限性的，一般只適用于宏觀物體的低速運(yùn)動.3. 經(jīng)典理論與相對論的比較力學(xué)的相對性原理指的是力學(xué)現(xiàn)象對一切慣性系來說，都遵從同樣的規(guī)律； 或者說，在研究力學(xué)規(guī)律時，一切慣性系都是等價的、

9、平權(quán)的.因此，無法借助力學(xué)實驗的手段確定慣性系自身的運(yùn)動狀態(tài) .而狹義相對論指的是物理定律在所有慣性系中都是相同的， 因此，各個慣性 系都是等價的，不存在特殊的絕對的慣性系 .因此，狹義相對論原理所指范圍更 大，內(nèi)容更豐富 .3.關(guān)于狹義相對論的兩個假設(shè)，下列說法正確的是 ( )A. 在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B. 在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣C 真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的D. 真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的E. 光速的大小與光源的運(yùn)動和觀察者的運(yùn)動無關(guān)【解析】 狹義相對論的基本假設(shè)有兩個， 分別是愛因斯坦相對性原理和光速不變原理.選項 A、C 正確.根據(jù)光速不變原理，E 正確.【答案】 ACE4.火箭以 0.75c 的速度離開地球，從火箭上向地球發(fā)射一個光信號 .火箭上測 得光離開的速度是 c，根據(jù)過去熟悉的速度合成法則，光到達(dá)地球時地球上測得 的光速是多少？根據(jù)狹義相對性原理呢？【解析】 根據(jù)過去熟悉的速度合成法則，光相對于地球的速度是：v = c-0.75c= 0.25c而根據(jù)狹義相對性原理，光速與光源、觀察者之間的相對運(yùn)動