高中物理知识全解 4.5 相对论简介.doc

高中物理知识全解 4.5 相对论简介一：经典力学经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。二：狭义相对论两个基本假设惯性系：牛顿第一、第二定律在其中有效的参照系，简称惯性系。如果s为一惯性参照系，则任何对于s做匀速直线运动的参照系都是惯性参照系；而对于s做加速运动的参照系则是非惯性参照系。所有的惯性参照系都是等效的。 惯性参照系即惯性系。1、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系。【例题】以下说法中正确的是（ ）a、经典物理学中的速度合成公式在任何情况下都是适应的。b、经典物理规律也适应于高速运动的物体。c、力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的。d、力学规律在任何惯性系里都是等价的。答案：d2、光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。一切运动的物体相对观察者的速度都不能大于真空中的光速。【例题】属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中 ( )a真空中光速不变 b时间间隔具有相对性c物体的质量不变 d物体的能量与质量成正比答案：a【例题】如下图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔a、b和c。假想有一列车沿ac方向以接近光速行驶，当铁塔b发出一个闪光，列车上的观测者测得a、c两铁塔被照亮的顺序是（ ）(a)同时被照亮(b)a先被照亮(c)c先被照亮(d)无法判断时间和空间的相对性1、“同时”的相对性：两个事件是否同时发生，与参考系的选取有关。例：汽车相对地面以一定的速度行驶，车的中部有一光源。则车中的观察者观察到光射到前后车壁的时间相等；而地面上的观察者却观察到光射到前后车壁的时间不等。2、长度的相对性（尺缩效应）： 一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小。【例题】惯性系s中有一边长为 的正方形（如图a所示），从相对s系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是（ ）答案：c3、时间间隔的相对性（钟慢效应）：例：惯性系中的观察者，观察一个与他相对做匀速运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些。4、相对论的时空观：经典物理学认为空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的。相对论则认为空间和时间与物体的运动状态有关，时间与空间是紧密联系，不可分割的。狭义相对论的其它结论1、相对论速度变换公式：此公式只适用于共线的问题，同向时取正，反向时取负。2、相对论质量：（物体运动时的质量总要大于静止时的质量）物体低速运动时，质量变化十分微小（可忽略）；物体高速运动时，质量变化较大（不可忽略）。故经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动。3、质能方程：（或）爱因斯坦质能方程说明能量也是有质量的，只不过这种质量叫运动质量。物质的总质量包括静质量和运动质量，其中运动质量以能量的形式体现，运动质量与能量间的数量关系【而不是转化（转变）关系】为。任何物理或化学过程中物质都不会被消灭或创生，但是物质的静质量和运动质量在一定条件下可以相互转变，而总的质量仍然保持不变。【例题】一辆由超强力电池供电的摩托车（不能从外界获得能量）和一辆普通有轨电车，都被加速到接近光速。在我们静止参考系中进行测量，那辆车的质量将增大（ ）a、摩托车 b、有轨电车 c、两者都增加 d、都不增加答案：b【例题】一个质量静止的电子，其质量，经过u=100v的电压加速后，它的动能是多少？若其加速后的动能仍可表示为，则电子加速后的速度为多大？加速后电子的质量为电子静止时的多少倍？高速运动后的总质量）。三：广义相对论广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的。等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。1、以加速运动的飞船为参考系，光线会弯曲。根据等效原理，因此可以得出结论：物质的引力使光线弯曲。例：远处射来的星光经过太阳附近时发生偏折。2、引力场使得空间不同位置的时间进程不一样，引力越强，时间进程越慢。3、引力红移：矮星表面的引力很强，按照广义相对论，那里的时间进程比较慢，那里原子发光的频率比同种原子在地球