高二物理相對(duì)論簡(jiǎn)介

為為Uo嗦奪市安培陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)學(xué)校高二物理相對(duì)論簡(jiǎn)介【本講主要內(nèi)容】相對(duì)論簡(jiǎn)介相對(duì)論的基本假設(shè)時(shí)間和空間的相對(duì)性相對(duì)論其它三個(gè)結(jié)論【知識(shí)掌握】【知識(shí)點(diǎn)精析】相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)：經(jīng)典相對(duì)性原理：（伽利略相對(duì)性原理）光速引起困難：電磁波和光速以哪個(gè)參考系說(shuō)的。一般物體v很小，C-V和c+v與C相差很小，無(wú)論光源相對(duì)觀察者怎樣運(yùn)動(dòng)，光速都相同。所以特殊參考系0是否存在？問(wèn)題：是放棄麥克斯韋電磁理論，還是否定特殊參考系存在。相對(duì)論兩個(gè)基本假設(shè)：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的（愛因斯坦相對(duì)性原理）真空中的光速在不同參考系中都是相同的（光速不變?cè)恚┩瑫r(shí)的相對(duì)性：經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為是同時(shí)的。按愛因斯坦的兩個(gè)基本假設(shè)是：（同時(shí)是相對(duì)的）時(shí)間是相對(duì)的。

底板發(fā)光射到車頂小鏡上。MY在車上看：往返時(shí)間△t*MY在車下看：往返時(shí)間At車下人看：時(shí)間變慢了：物理、化學(xué)過(guò)程、生命、時(shí)鐘、化學(xué)反應(yīng)，新陳代謝也變慢了。車上人：沒(méi)覺得慢。???時(shí)間是相對(duì)的。長(zhǎng)度是相對(duì)的時(shí)空相對(duì)性實(shí)驗(yàn)證實(shí)：太陽(yáng)宇宙深處高層大氣波級(jí)射線其中有卩子1971年用鏈原子鐘放在噴氣式飛機(jī)上與地面基準(zhǔn)鐘對(duì)照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)時(shí)空相對(duì)性。相對(duì)論時(shí)空觀：經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為：空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對(duì)的，空間與時(shí)間也沒(méi)有聯(lián)系。相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有空間、時(shí)間，空間、時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是有關(guān)的，時(shí)間、空間都是物質(zhì)。相對(duì)論其它三個(gè)基本假設(shè)：一.相對(duì)論速度疊加公式：U=rTu'v1+——c2V是車對(duì)地面速度，U?是沿車前進(jìn)方向人相對(duì)火車速度，人相對(duì)地面速度按經(jīng)典理論％=按相對(duì)論u要小，若『,V與C差不多時(shí)才會(huì)觀察到這個(gè)差別。u?二C時(shí)無(wú)論V多大，U都等于C。???光速不變。相對(duì)論質(zhì)量m=一經(jīng)一m為靜止質(zhì)量，m為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。i'pv0質(zhì)能方程靜時(shí)E=mc2運(yùn)動(dòng)時(shí)E=me2oo???牛頓力學(xué)是*<C時(shí)特例。【解題方法指導(dǎo)】例1.下列說(shuō)法正確的是（）任何核反應(yīng)都能釋放出能量原子彈的爆炸是利用輕核的聚變釋放出的能量鎘棒在核反應(yīng)堆中的作用是控制反應(yīng)速度，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度的快慢氫彈是利用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)制造的一種大規(guī)模殺傷武器解：CV例2.如果你以接近于光速的速度朝一星體飛行，你是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺自己是運(yùn)動(dòng)的（）你的質(zhì)量在增加你的心臟跳動(dòng)在慢下來(lái)你在變小以上三種變化同時(shí)發(fā)生你永遠(yuǎn)不能由自身的變化知道你的速度A.A.梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它靜止n介子的平均壽命是多少?答案：Eo相對(duì)論的基本概念是：當(dāng)你被關(guān)在一個(gè)封閉的房子中時(shí)，你絕對(duì)無(wú)法知道房子是否在做勻速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)房子突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)在其中的人是能夠感知這一點(diǎn)的；當(dāng)房子突然開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部的人也能有感覺；當(dāng)房子旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)在其內(nèi)部的人也能說(shuō)出它在轉(zhuǎn)動(dòng)。但如果房子是在做直線的勻速運(yùn)動(dòng),即沒(méi)有任何加速度，則在其內(nèi)部的人就無(wú)法知道房子是否在移動(dòng)。即使房子有一個(gè)窗戶，你從窗戶向外看，看見某些東西在朝你移動(dòng)；但你仍說(shuō)不出是你的房子在向這些東西移動(dòng)，還是這些東西在向你的房子移動(dòng)。如果房子的運(yùn)動(dòng)使你的質(zhì)量增加、心率減慢或身高降低，那么它將以完全一樣的方式影響房子中其它物質(zhì)的質(zhì)量。鐘的快慢和尺的大小。這樣，房子中沒(méi)有一樣?xùn)|西是不變的，也就沒(méi)有一個(gè)可以用作比較的固定參考物。這就使你無(wú)法探測(cè)到任何變化，也就是不可能找到自我檢測(cè)速度計(jì)。【典型例題分析】例1.下面是一核反應(yīng)方程2H+3H—4He+X，用c表75光速，則（）112X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘C2X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘C2X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于宛核與氟核的質(zhì)量和減去氨核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘C2X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于宛核與氟核的質(zhì)量和減去氨核與中子的質(zhì)量和，再乘C2解：據(jù)核反應(yīng)過(guò)程電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒X應(yīng)是“中子0據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程AE二Amc2放出能量應(yīng)等于宛核與氟核質(zhì)量之和減去氨核與中子質(zhì)量之和，乘以C2ADV例2.在靜止系中的正立方體每邊長(zhǎng)L,另一坐標(biāo)系以相對(duì)速度v平行于立方0體的一邊運(yùn)動(dòng)。問(wèn)在后一坐標(biāo)系中的觀察者測(cè)得的立方體體積是多少？分析：在相對(duì)論中，空間長(zhǎng)度是相對(duì)的，它與參考系密切相關(guān)。若一靜止系中邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正立方體相對(duì)于一觀察者以速度v運(yùn)動(dòng)，則觀察者將測(cè)得立方體0在運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度要縮短F，而與運(yùn)動(dòng)方向垂直的長(zhǎng)度將不改變。C2解：本題中立方體相對(duì)于坐標(biāo)系以速度v運(yùn)動(dòng)，一條邊與運(yùn)動(dòng)方向平行，則測(cè)得立方體的體積為：v=L2L=L3.'1-蘭0MC2【綜合測(cè)試】一汽車以lOSkrn-h'1的速度沿一長(zhǎng)直的高速公路行駛，試求站在路旁的人觀察到該汽車長(zhǎng)度縮短了多少？已知此汽車停在路旁時(shí)，測(cè)得其長(zhǎng)度為3m.假設(shè)一宇宙飛船以速度0.8c勻速飛向一恒星.在地球上測(cè)得地球與該恒星相距5.1x10%，求飛船中旅客覺察到旅程縮短為多少？固有壽命為喝二26心~%的譏+介子，以速度v=0.6c相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室運(yùn)動(dòng)。試求：在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得它的平均壽命和生存期內(nèi)走過(guò)的距離分別為多大？一根10m長(zhǎng)的梭鏢以相對(duì)論速度穿過(guò)一根10m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。以下哪種敘述最好地描述了梭鏢穿過(guò)管子的情況？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)兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住梭鏢所有這些都與觀察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)電流通過(guò)一對(duì)平行導(dǎo)線。如果電流在兩導(dǎo)線中同向流動(dòng)，兩導(dǎo)線就由于磁作用而互相吸引；如果導(dǎo)線中電流反向流動(dòng)，則由于磁作用兩導(dǎo)線將互相排斥,這種磁力是：非平衡靜電力的相對(duì)論效應(yīng)的結(jié)果質(zhì)量能量等價(jià)性的結(jié)果一種基本的自然力以上幾種說(shuō)法都對(duì)以上幾種說(shuō)法都不對(duì)沿鐵道排列的兩電桿正安裝一閃光裝置，光信號(hào)到達(dá)一電桿稱為事件1，到達(dá)另一電桿稱事件2。從地面上的觀察者和運(yùn)動(dòng)車廂中的觀察者看來(lái)，兩事件是否都是同時(shí)事件？你站在一條長(zhǎng)木桿的附近，并且看到木桿落在地上時(shí)是兩頭同時(shí)著地。所以，你認(rèn)為這木桿是平著落到了地上。而此時(shí)飛飛小姐正以接近光速的速度從木桿前面掠過(guò)，她看到B端比A端先落到地上，因而她認(rèn)為木桿是向右傾斜著落地的。她的看法是：A.對(duì)的B.錯(cuò)的在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得以速度0.8c運(yùn)動(dòng)的n介子的平均壽命為4X10-8秒，問(wèn)世界上有各式各樣的鐘：砂鐘、電鐘、機(jī)械鐘、光鐘和生物鐘。既然運(yùn)動(dòng)可以使某一種鐘變慢，它一定會(huì)使所有的鐘都一樣變慢。這種說(shuō)法是：對(duì)的，對(duì)各種鐘的影響必須相同不對(duì)，不一定對(duì)所有鐘的影響都一樣綜合測(cè)試答案1.解：按長(zhǎng)度收縮公式r=z0Ji-LV汽車長(zhǎng)度縮短量為M=Lo-L7=￡0-Zo1--W丿把上式右端后一項(xiàng)按二項(xiàng)式定理展開，并考慮到廠,則有已知￡廠軌曠=10￡km■h"=呀^血=勁怕■廠1=3況lO'tn?/，代入上式，得AZ=—x[301^'￡L]=1.5xl0~14m2^3xlOsm-s_1J答案:1.5xW-14m，這個(gè)縮短量實(shí)際上察覺不到。2-答案：3Q6CQ%!長(zhǎng)度縮短效應(yīng)顯著！即對(duì)高速運(yùn)動(dòng)而言，須用相對(duì)論處理。答案：3.25x10'%，5.05m答案：D.如果你是在相對(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，在某些位置梭鏢會(huì)完全處在管子內(nèi)部。然而當(dāng)你和梭鏢一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，你看到的管子就縮短了；所以在某些位置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子。又如你在梭鏢和管子之間運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的速度是在梭鏢運(yùn)動(dòng)的方向上，而大小是其一半；那么梭鏢和管子都相對(duì)于你運(yùn)動(dòng)，且速度的大小一樣；你看到這兩樣?xùn)|西都縮短了，且縮短的量相同。所以你看到的一切都是相對(duì)的——依賴于你的參考系。答案：Ao相對(duì)論的長(zhǎng)度收縮造成可覺察的靜電荷密度的增加，正是這種靜電荷密度的變化導(dǎo)致了磁力的產(chǎn)生。一根lm長(zhǎng)的導(dǎo)線中，有等量的正質(zhì)子和負(fù)電子，因此靜電荷為零。當(dāng)導(dǎo)線中有電流流過(guò)時(shí)，這一點(diǎn)仍然成立，因?yàn)橛卸嗌匐娮訌囊欢肆魅?，就有多少電子從另一端流出。在鄰近有一條與之平行的導(dǎo)線，該導(dǎo)線中電子也在沿相同方向移動(dòng)。在這些電子看來(lái)，第一條導(dǎo)線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)是怎樣的呢？因?yàn)檫@些電子是在相同的方向上以相同的平均速度運(yùn)動(dòng)，所以不管哪一條導(dǎo)線中的電子所看到的另一條導(dǎo)線中的電子都是相對(duì)靜止的。但質(zhì)子就不是如此了，在電子看來(lái)，質(zhì)子在做反向運(yùn)動(dòng)。由于長(zhǎng)度的相對(duì)收縮，質(zhì)子間的距離要減小，相鄰導(dǎo)線中質(zhì)子的密度要比電子大。異性電荷的靜電作用是互相吸引，因而導(dǎo)線會(huì)互相靠近。我們稱這種作用為磁吸引，有趣的是這種磁作用的背后是靜電作用。你是否能說(shuō)明：為什么在兩平行導(dǎo)線中電流反向流動(dòng)時(shí)，兩導(dǎo)線要互相排斥。分析：從地面上的觀察者看來(lái)，光源在兩根電桿的正，光信號(hào)向兩電桿傳播的速度相同，因此，光信號(hào)同時(shí)到達(dá)兩電桿。從運(yùn)動(dòng)車廂中的觀察者看來(lái)，運(yùn)動(dòng)車廂是個(gè)慣性系，地面和電桿都在向左運(yùn)動(dòng)（見圖），光信號(hào)向左右兩側(cè)傳播速度相同（光速不變?cè)恚?。在光信?hào)向兩側(cè)傳播的過(guò)程中，地面及兩個(gè)電桿都向左運(yùn)動(dòng)了一段距離，所以光信號(hào)先到達(dá)電桿2,后到達(dá)電桿1。答：在地面觀察者看來(lái)，事件1、2同時(shí)發(fā)生。從車廂中觀察者看來(lái)，事件2比事件1先發(fā)生。答案:A。你看到的是在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩件事（A端和B端同時(shí)著地），在相對(duì)于你運(yùn)動(dòng)的飛飛小姐看來(lái)，同樣的兩件事絕不可能同時(shí)發(fā)生。為什么？假設(shè)你坐在宇宙飛船中，外面飛過(guò)三顆等距的星體，你可以從飛船的窗中看見它們。突然，中間的那顆星發(fā)生爆炸。那么由該星爆炸所發(fā)的閃光是否會(huì)同時(shí)到達(dá)兩端的兩顆星呢？你也許會(huì)認(rèn)為它們是同時(shí)到達(dá)的。如果你是和三個(gè)星體一起運(yùn)動(dòng)的話，這個(gè)答案是正確的。但現(xiàn)在你是坐在飛船中；當(dāng)你從窗口看出去時(shí)，閃光將不是同時(shí)到達(dá)兩端的星體，而是先到達(dá)B星。當(dāng)飛飛小姐掠過(guò)木桿時(shí)，在她看來(lái)，木桿不僅在下落，而且還在朝她運(yùn)動(dòng),正好像星體朝你的飛船運(yùn)動(dòng)一樣。因此，在你看來(lái)同時(shí)發(fā)生的兩件事，在飛飛小姐看來(lái)首先在B端發(fā)生。到底在A和B處的兩件事是同時(shí)發(fā)生，還是在B處先發(fā)生？這一問(wèn)題是沒(méi)有意義的。因?yàn)闆](méi)有一個(gè)人能說(shuō)誰(shuí)是真正在運(yùn)動(dòng)，這取決于你選的參考系。對(duì)于你來(lái)說(shuō)木桿是平著下落的，對(duì)飛飛小姐來(lái)說(shuō)木桿是向右斜著下落的；雖然難以置信，但你和她都是正確的。分析：時(shí)間間隔只具有相對(duì)的意義，其大小與在其中進(jìn)行測(cè)量的參考系有關(guān)。相對(duì)論認(rèn)為：相對(duì)于事件靜止的參考系中測(cè)得事件發(fā)生的時(shí)間間隔最短。解：在相對(duì)于鸞樽釉