第十五章 1~2

1、.1相对论的诞生2时间和空间的相对性学习目的1.知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验根底和它的两个根本假设.2.知道狭义相对论的几个主要结论.3.理解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响一、相对论的诞生1经典的相对性原理1惯性系：牛顿运动定律可以成立的参考系相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系2伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是一样的2相对性原理与电磁规律迈克耳孙莫雷实验证明了光速是不变的，这与传统的速度合成法那么是矛盾的3狭义相对论的两个根本假设1狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是一样的2光速不变原理：真

2、空中的光速在不同的惯性参考系中都是一样的二、时间和空间的相对性1“同时的相对性1经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的2相对论的时空观：“同时具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察不一定是同时的2长度的相对性1经典的时空观：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2狭义相对论认为“动尺变短：狭义相对论中的长度公式：ll0，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变3时间间隔的相对性1经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是一样的2狭义相对论认为“动钟变慢：时间间隔的相对性公式

3、t.4经典时空观和狭义相对论时空观1经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间没有联络，即与物质的运动状态无关2狭义相对论时空观：有物质才有时间和空间，空间和时间与物质运动状态有关即学即用判断以下说法的正误1一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学的观点2一根杆的长度静止时为l0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l0.×3“动钟变慢是时钟的精度因运动而发生了变化×4高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了一、经典的相对性原理与狭义相对论导学探究1如图1所示，小球相对于参考系O以速度v0向右抛出，人相对于参考系O静止，当参考系O相对

4、于参考系O静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到小球的速度分别为多大？图12如图2所示，光源相对于参考系O静止，人相对于参考系O静止，当参考系O相对于参考系O静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到的光源发出光的传播速度分别为多大？图2答案1分别为v0、v0v、v0v2人观察到的光速都是c知识深化1惯性系与非惯性系确实定：我们通常选取大地为惯性系，相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性系，相对于地面做变速运动的物体都是非惯性系2光的传播速度与惯性系的选取无关在任何情况下，真空中的光速都是c.例1关于狭义相对论，以下说法不正确的选项是A狭义相对论认为在不同的惯性参考系

5、中，一切物理规律都是一样的B狭义相对论认为在一切惯性系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D狭义相对论任何情况下都适用答案D解析根据狭义相对论的根本假设可知，选项A、B正确；狭义相对论只涉及惯性参考系，不涉及非惯性参考系，选项D错误，C正确例2如图3所示，强强乘坐速度为0.9cc为光速的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进展联络，那么壮壮观测到该光束的传播速度为图3A0.4c B0.5c C0.9c Dc答案D解析根据爱因斯坦狭义相对论，在任何参考系中，光速不变，即光速不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变

6、，所以壮壮观测到该束光的传播速度为c，所以A、B、C错误1各物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们遵循的物理规律是一样的2光速不变原理强调真空中的光速恒定不变，与光源、观察者间的相对运动没有关系二、时间和空间的相对性导学探究如图4所示，一列车以速度v经过站台，站台中部的观察者C看到列车车头正好到达站台最右端的A人时，车尾正好到达站台最左端的B人图41假设此时站台上的观察者C看到A、B两人同时面向列车举起手中的小红旗，那么站在列车中点的观察者C看到A、B两人是同时举旗的吗？假如不是同时举旗，他会看到哪个人先举旗？2站台上的观察者C看到列车长度刚好和站台长度一样，列车上的观察者C认为列

7、车长度和站台长度一样吗？假如不一样，他认为列车长还是站台长？3假定列车上的观察者C举起小红旗向站台上的A、B两人挥动致意，他认为自己从举起小红旗到放下小红旗的时间为t，站台上的观察者C观察到他举旗的时间也为t吗？假如不是t，他认为这个时间比t长还是短？答案1不是同时举旗，他看到A人先举旗2列车长度和站台长度不一样，他认为列车长3不是t，他认为这个时间比t长例3地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，那么火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？假如火箭的速度到达0.6c，那么火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？答案100 km80 km解析当火箭速度较低时，长度根

8、本不变，还是100 km.当火箭的速度到达0.6c时，由相对论长度公式ll0 代入相应的数据解得：l100× km80 km.应用相对论效应解题的一般步骤：(1)应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度.(2)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.(3)应用“尺缩效应公式或“时间延缓效应公式进展计算.例4介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×108 s在它自己的参考系中测得1假如此粒子相对于实验室以0.8c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 在1中实验室坐标系里测量的介子在衰变前运动了多长间隔 ？答案14.3

9、×108 s210.32 m解析1介子在实验室中的寿命为t s4.3×108 s.2该粒子在衰变前运动的间隔 为xvt0.8×3×108×4.3×108 m10.32 m.1经典相对性原理以下说法中正确的选项是A经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的B经典物理规律也适用于高速运动的物体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D解析在所有惯性系中，一切力学规律都是等价的，故D正确，C错误；经典物理规律是狭义相对论在低速状态下的一个近似，所以经典物理规律只适用于低速运动的

10、物体，而经典物理中的速度合成公式也只适用于低速情况，故A、B均错误2狭义相对论多项选择下面说法正确的选项是A在以c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c竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小C在以c竖直方向升空的火箭上沿程度方向发出的光对地速度为cD在以c竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c答案CD解析根据狭义相对论的根本假设光速不变原理可知：真空中的光速相对于火箭的速度为c，相对于地面的速度也为c，即对不同的惯性参考系光速是一样的，因此C、D正确，A、B错误3空间的相对性惯性系S中有一边长为l的正方形如图5所示从相对S系沿x轴方向以接近光速

11、匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是图5答案C解析从相对S系沿x轴方向以接近光速匀速飞行的飞行器上观察S系中的正方形，根据相对论效应可知，沿x轴方向正方形边长缩短，而沿y轴方向正方形边长没有改变，那么其形状变成长方形，故C正确，A、B、D错误4时间的相对性如图6所示，A、B、C是三个完全一样的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度vB和vC朝同一方向飞行的两枚火箭上，且vBvC.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？图6答案火箭C上的时钟走得最慢，地面上的时钟走得最快解析根据公式t可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢，地面上的观察者认为C钟走得最慢，因为它相对

12、于观察者的速度最大；由t知<t，故地面上的时钟走得最快一、选择题考点一经典的相对性原理与狭义相对论1多项选择根据伽利略相对性原理，可以得到以下结论A力学规律在任何惯性系中都是一样的B同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否在匀速运动D在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在匀速运动答案AC2经典力学规律不适用于A子弹的飞行B飞船绕地球的运行C列车的运行D粒子以接近光速运动答案D解析经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运行，经典力学能适用，故A、B、C错误；粒子以接近光速运动，对于微观的情形经典力学

13、不适用，故D正确3多项选择假如牛顿运动定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，那么在参考系B中A牛顿运动定律也同样成立B牛顿运动定律不能成立CA和B两个参考系中，一切物理定律都是一样的D参考系B也是惯性参考系答案ACD解析根据狭义相对性原理，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是一样的4以下几种说法：1所有惯性系对物理根本规律都是等价的2在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关3在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都一样关于上述说法A只有12是正确的B只有13是正确的C只有23是正确的D三种说法都是正确的答案D解析狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选

14、参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是一样的光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，光速都是一样的即光在真空中沿任何方向的传播速度都是一样的考点二时间和空间的相对性5如图1所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，观察到钟的面积为S.那么S和S的大小关系是图1AS>S BSS CS<S D无法判断答案A解析观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，根据尺缩效应可知，B观察到的钟沿y轴方向的直径将减小，而沿z轴方向的直径不变，钟的面积将比静止的观察者看到的面积要小，即S大于S，应选A.6

15、假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是A这个人是一个矮胖子B这个人是一个瘦高个子C这个人矮但不胖D这个人瘦但不高答案D解析取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，应选D.7多项选择用相对论的观点判断，以下说法正确的选项是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在地面上看，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，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 km/s的速度运动的飞

16、船在运动方向上会变短，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远小于c时，“长度收缩和“时间膨胀效果可忽略不计答案CD解析时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A、B错误；由ll0可知两处的人都感觉ll0，所以C正确；由尺缩效应和时间延缓效应公式可知，当v远小于c时，尺缩效应和时间延缓效应都可以忽略不计，所以D正确8.如图2所示，在一个高速转动的宏大转盘上放着A、B、C三个时钟，以下说法正确的选项是图2AA时钟走时最慢，B时钟走时最快BA时钟走时最慢，C时钟走时最快CC时钟走时最慢，A时钟走时最快DB时钟走时最慢，A时钟走时最快答案C解析A、B、C三个时钟中，C相对于地面的速度最大，A相对于地面的速度最小；由t可知，C时钟走时最慢，A时钟走时最快，应选项C正确9如图3，假设一根10 m长的梭镖以光速穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的以下表达中最好地描绘了梭镖穿过管子情况的是图3A梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来C两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D所有这些都与观察者的运动情况有关答案D解析假如你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短