12版高中物理全程学习方略配套课件：15.1、2相对论的诞生 时间和空间的相对性(新人教版选修3-4).doc

1怎样理解动尺变短 狭义相对论中的长度公式 中l0是相对于杆静 止的观察者测出的杆的长度而l可以认为是杆沿自己的长度 方向以速度v运动时静止的观察者测量的长度还可以认为 是杆不动而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆 的长度 2怎样理解动钟变慢 时间间隔的相对性公式 中是相对事件发 生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间 隔而t是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同 一地点的同样两个事件发生的时间间隔也就是说在相对运 动的参考系中观测事件变化过程的时间间隔变大了这叫 做狭义相对论中的时间膨胀 3理解要点 1 时间间隔长度的变化都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应它与所选取的参考系有关物质本身的结构并没有变化 2 两个事件的时间间隔和物体的长度必须与所选取的参考系相联系如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸是没有任何意义的 以上结论是狭义相对论的必然结论而狭义相对论的正确性已被实验证实所以以上结论是高速世界中必然发生的现象是客观存在的事实绝不是人们的主观臆造人们之所以平常观察不到这些现象是因为我们生活在低速运动的世界里 典例2地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 kms的速度掠过则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少如果火箭的速度达到06 c则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少 解题指导动尺变短只有在高速 接近光速 情况下才能发生 标准解答当火箭速度较低时长度基本不变还是 100 maxbook118com c时由相对论长度公式 代入相应的数据解得l 100 km 80 km 答案100 km 80 km 规律方法应用相对论效应解题的一般步骤 首先应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度 其次明确求解的问题即明确求解静止参考系中的观察结果还是运动参考系中的观察结果 最后应用尺缩效应公式或时间延缓效应公式进行计算 变式训练介子是一种不稳定粒子平均寿命是2610-8 s 在自己的参考系中测得 1 如果此粒子相对于实验室以08 c的速度运动那么在实验室坐标系中测量的介子寿命多长 2 介子在衰变前运动了多长距离 解析 1 介子在实验室中的寿命为 2 该粒子在衰变前运动的距离为 x vt 0831084310-8 m 1032 m 答案 1 4310-8 s 2 1032 m 典例如图所示在列车车厢的光滑水平面上有一质量为m 5 kg的小球正随车厢一起以20 ms的速度匀速前进现在给小球一个水平向前的FT 5 N的拉力作用求经10 s时间车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少 标准解答对车上的观察者 小球的初速度为0加速度a 1 ms210 s末小球的速度 v1 at 10 ms 对地上的观察者 小球的初速度v0 20 ms加速度仍为a 1 ms210 s末 小球的速度v2 v0at 30 ms 一选择题 1根据伽利略相对性原理可以得到下列结论 A任何力学规律在惯性系中都是相同的 B同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 C在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动 D在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动 解析选AC伽利略的相对性原理是力学规律在任何惯性系中都是相同的故选项A正确B错误根据伽利略相对性原理的另一种表述选项C正确D错误 2在一惯性系中观测有两个事件同时不同地则在其他惯性系中观测结果是 A一定同时 B可能同时 C不可能同时但可能同地 D不可能同时也不可能同地 解析选B根据同时的相对性故选项B正确ACD错误 3 2011滨州高二检测 用相对论的观点判断下列说法不 正确的是 A时间和空间都是绝对的在任何参考系中一个事件发生的 时间和一个物体的长度总不会改变 B在地面上的人看来以10 kms的速度运动的飞船中的时 钟会变慢但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的 C在地面上的人看来以10 kms的速度运动的飞船在运动 方向上会变窄而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起 来比飞船中的人扁一些 D当物体运动的速度v c时时间膨胀和长度收缩 效果可忽略不计 解析选A时间和空间都是相对的故选项A的说法错误 根据时间膨胀和长度收缩效应选项BC的说法正 确当速度vc时1- 21所以时间膨胀和长 度收缩效应可忽略不计故选项D说法正确 4 2011苏州高二检测 下列说法中正确的是 A一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同这是经典物理学家的观点 B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 C一条杆的长度静止时为l0不管杆如何运动杆的长度均小于l0 D如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了 解析选ABD根据经典物理学可知选项A正确根据长度收缩效应故选项BD正确只有在运动方向上才有长度收缩效应若杆沿垂直杆的方向运动则杆的长度不变故选项C错误 5下列说法中正确的是 A相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题 B在真空中若物体以速度v背离光源运动则光相对物体的速度为c-v C在真空中若光源向着观察者以速度v运动则光相对于观察者的速度为cv D迈克耳孙-莫雷实验得出的结论是不论光源与观察者做怎样的相对运动光速都是一样的 解析选D相对性原理简单而自然但在电磁学的领域里涉及到相对哪个参考系才成立的问题故选项A错误根据狭义相对论的光速不变原理故选项BC错误D正确 6 2011朝阳区高二检测 某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行如果希望把这段路程缩短为3光年则他所乘飞船相对地球的速度为 A05 c B06 c C08 c D09 c 解析选C由 故选项C正确 方法技巧尺缩效应在解题中的应用方法 1尺缩效应只有在高速运动的情况下才有明显的显现 2尺缩效应中长度的变化是沿运动方向上的长度变化效应这种长度的变化仅仅是一种观察结果绝不是物质各组成部分的空间尺度变化 3在与运动方向垂直的方向上没有尺缩效应 学习目标导航 课前新知初探 课后巩固作业 课堂互动探究 学习目标导航 课前新知初探 课后巩固作业 课堂互动探究 学习目标导航 课前新知初探 课后巩固作业 课堂互动探究 学习目标导航 课前新知初探 课后巩固作业 课堂互动探究 一经典的相对性原理与狭义相对性原理 1惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系 牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系 2伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的即任何惯性参考系都是平权的 3相对性原理与电磁规律 根据麦克斯韦的电磁理论真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量但是按照伽利略的相对性原理在不同惯性系中的光速应是各不相同的迈克耳孙-莫雷实验证明不论光源和观察者做怎样的相对运动光速都是相同的 4迈克耳孙-莫雷实验 1 实验背景 根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度并不需要初始条件也就是说电磁波的速度是c这本身就是电磁规律的一部分而不是电磁规律应用于某个具体事物的结论于是问题出现了麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立如果它相对参考系S是正确的另外还有一个参考系SS相对于S以速度v运动那么光相对于S的速度应该是 c-v 而不是c好像电磁规律不是对任何惯性系都一样 2 实验结论 不论光源与观察者做怎样的相对运动光速都是一样的 狭义相对论认为光速c是宇宙中的最大速度实际物体无论怎样加速其速度只能接近而不能超越光速c 典例1 2010北京高考 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 解题指导解答本题的关键是牢记狭义相对论基本假设要与时间间隔的相对性相对论质量等区分开来 标准解答选A狭义相对论基本假设一是在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的即光速不变原理由此可知A属于狭义相对论基本假设故A正确BCD错误 变式训练下列关于经典力学的时空观正确的是 A在经典力学的时空观中同时是绝对的即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的 B在经典力学的时空观中时间间隔是绝对的即任何事件 或物体的运动 所经历的时间在不同的参考系中测量都是相同的而与参考系的选取无关 C在经典力学的时空观中空间距离是绝对的即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同那么空间两点距离是绝对不变的量值而与参考系的选取无关 D经典力学的时空观就是一个绝对的时空观时间空间与物体的运动无关 解析选ABCD经典的时空观认为时间空间均是绝对的与物体的运动状态无关同时也是绝对的即在一个参考系中同时发生的两个事件在不同参考系中观察也是同时发生的故ABCD均正确 变式备选下列说法正确的是 A在以 竖直方向升空的火箭上向前发出的光对地速 度一定比c大 B在以 竖直方向升空的火箭上向后