高中物理人教版4第十五章相對(duì)論簡(jiǎn)介1相對(duì)論誕生 第15章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)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道經(jīng)典的相對(duì)性原理，能說出狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和它的兩個(gè)基本假設(shè)．2.能說出狹義相對(duì)論的幾個(gè)主要結(jié)論．(重點(diǎn))3.了解經(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．(難點(diǎn))相對(duì)論的誕生eq\a\vs4\al([先填空])1．經(jīng)典的相對(duì)性原理(1)表述一：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的．(2)表述二：在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷這個(gè)慣性參考系是否相對(duì)于另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)．(3)表述三：任何慣性參考系都是平權(quán)的．2．狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(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)律都是相同的．(2)光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的．eq\a\vs4\al([再判斷])1．靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系是慣性系．(√)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(shí)可以選擇任何慣性系．(√)3．在不同的慣性系中，光速是不相同的．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用條件是什么？【提示】宏觀物體、低速運(yùn)動(dòng)和慣性參考系．2．伽利略的相對(duì)性原理與狹義相對(duì)性原理有什么不同？【提示】伽利略的相對(duì)性原理認(rèn)為力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中是相同的；狹義相對(duì)性原理認(rèn)為在不同慣性系中一切物理規(guī)律都是相同的．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])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，“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：不論光源與觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是一樣的．1．假設(shè)有一天某人坐在“神舟”號(hào)飛船上，以0.5c的速度遨游太空，當(dāng)他打開一個(gè)光源時(shí)飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為________，飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為________，在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速是________【解析】根據(jù)狹義相對(duì)論的假設(shè)，真空中的光速相對(duì)于不同的慣性參考系是相同的，即在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c.【答案】ccc2．如圖15-1-1所示，思考以下幾個(gè)問題：(光速用c表示)【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570152】圖15-1-1(1)若參考系O′相對(duì)于參考系O靜止，人看到的光速應(yīng)是多少？(2)若參考系O′相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng)，人看到的光速應(yīng)是多少？(3)若參考系O相對(duì)于參考系O′以速度v向左運(yùn)動(dòng)，人看到的光速又是多少？【解析】根據(jù)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系．因此三種情況下，人觀察到的光速都是c.【答案】(1)c(2)c(3)c1．愛因斯坦提出的兩條基本假設(shè)是相對(duì)論的基礎(chǔ)，對(duì)同時(shí)的相對(duì)性等經(jīng)典力學(xué)所無法解決的問題，應(yīng)緊緊抓住兩條基本假設(shè)這一關(guān)鍵點(diǎn)來解決．2．真空中對(duì)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(dòng)．時(shí)間和空間的相對(duì)性eq\a\vs4\al([先填空])1．“同時(shí)”的相對(duì)性(1)經(jīng)典時(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)慣性系中觀察可能不是同時(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)相對(duì)論的時(shí)空觀：“長(zhǎng)度”也具有相對(duì)性，一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止長(zhǎng)度小，但在垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度沒有變化．(3)相對(duì)長(zhǎng)度公式：設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l0，與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l，桿相對(duì)于觀察者的速度為v，則l、l0、v的關(guān)系是：l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).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)間間隔總是相同的．(2)相對(duì)論的時(shí)空觀：某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔是不同的，慣性系速度越大，慣性系中的時(shí)間進(jìn)程進(jìn)行得越慢．非但如此，慣性系中的一切物理、化學(xué)過程和生命過程都變慢了．(3)相對(duì)時(shí)間間隔公式：設(shè)Δτ表示靜止的慣性系中觀測(cè)的時(shí)間間隔，Δt表示以v高速運(yùn)動(dòng)的參考系中觀察同樣兩事件的時(shí)間間隔，則它們的關(guān)系是：Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).eq\a\vs4\al([再判斷])1．根據(jù)相對(duì)論的時(shí)空觀，“同時(shí)”具有相對(duì)性．(√)2．相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)的桿比靜止的桿長(zhǎng)度變大．(×)3．高速飛行的火箭中的時(shí)鐘要變慢．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．尺子沿任何方向運(yùn)動(dòng)其長(zhǎng)度都縮短嗎？【提示】尺子沿其長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)縮短，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度不變．2．以任何速度運(yùn)動(dòng)，時(shí)間延緩效應(yīng)都很顯著嗎？【提示】不是．當(dāng)u→c時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)顯著；當(dāng)u?c時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)可忽略．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．“動(dòng)尺縮短”狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)中，l0是相對(duì)于桿靜止的觀察者測(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)，靜止的觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度．2．“動(dòng)鐘變慢”時(shí)間間隔的相對(duì)性公式Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))中，Δτ是相對(duì)事件發(fā)生地靜止的觀察者測(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高速運(yùn)動(dòng)的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的同樣兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔．3．分析時(shí)間間隔和長(zhǎng)度變化時(shí)應(yīng)注意的問題(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，是沒有任何意義的．3．某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，如果希望把這路程縮短為3光年，則他所乘飛船相對(duì)地球的速度為________．【解析】由l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)得，3＝5eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)，解得v＝0.8c.【答案】0.84．用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570153】A．時(shí)間是絕對(duì)的，空間是相對(duì)的B．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C．在地面上的人看來，高速運(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D．在地面上的人看來，高速運(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到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些E．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度v?c時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)可忽略不計(jì)【解析】時(shí)間和空間都是相對(duì)的，故選項(xiàng)A、B的說法錯(cuò)誤；根據(jù)“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)，選項(xiàng)C、D的說法正確；當(dāng)速度v?c時(shí)，1－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))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)E說法正確．【答案】CDE5．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，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【解析】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l＝l0eq\r(1