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2、典的相对性原理与狭义相对性原理,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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.
3、,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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S，S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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点
4、,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 .,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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
5、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,B、C、D错误.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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
6、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A、B、C、D.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A、B、C、D均正确.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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发出的光，对地速 度一定比c小 C.在以 竖直方向升空的火箭上沿水平
7、方向发出的光,对 地速度为c D.在以 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,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【解析】选C、D.根据狭义相对论的基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，对不同的惯性系是相同的，因此C、D正确，A、B错误.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,二、怎样理解“动尺变短”和“动钟变慢”,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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
8、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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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
9、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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【典例2】地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以3
10、0 km/s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0.6 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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【标准解答】当火箭速度较低时，长度基本不变，还是 100 km.当火箭的速度达到0.6 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,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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
11、，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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【变式训练】+介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.610-8 s(在自己的参考系中测得) (1)如果此粒子相对于实验室以0.8 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？,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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=0.831084.310-8 m=10.3
12、2 m. 答案：(1)4.310-8 s； (2)10.32 m,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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 m/s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？,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【标准解答】对车上的观察者： 小球的初速度为0，加速度a= =1 m/s2,10 s末小球的速度 v1=at=10 m/s. 对地上的观察者： 小球的初速度v0=20 m/s，加速度仍为a
13、= =1 m/s2，10 s末 小球的速度v2=v0+at=30 m/s.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【解析】选A、C.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.,物理
14、选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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，A、C、D错误.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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 km/s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
15、地面上的人看来，以10 km/s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,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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B、C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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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
16、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,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【解析】选A、B、D.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B、D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.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,5下列说法中正确的是(
17、) 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c+v 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B、C错误，D正确.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,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
18、船相对地球的速度为( ) A0.5 c B0.6 c C0.8 c D0.9 c 【解析】选C.由 故选项C正确.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【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”.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,7.（2011江苏高考）如图所示，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
19、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,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,【解析】选C.列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C,而远离A,所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮，故只有C正确.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,二、非选择题 8爱因斯坦狭义相对论的两个假设： (1)爱因斯坦相对性原理：_. (2)光速不变原理：_. 【解析】(1)在不同惯性参考系中，一切物理规律都是
20、相同的;(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的.,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,9用加速器对电子进行加速，当把电子加速到运动时的质量是静止质量的三倍时，求电子获得的速度大小是多少？ 【解析】由题意知， m=3m0， 代入质速方程 =2.83108 m/s 答案：2.83108 m/s,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,10假如一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v=0.9 c的火箭飞往大角星，而后又飞回地球.根据A在地球上的观测，大角星离地球有40万光年，这次B往返飞行经历时间为80.8年.如果B在离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当B回到地球时，他们的年龄各有多大？ 【解析】设B在飞船惯性系中经历的时间为t，根据钟慢效 应得： 解得t=35.2年.所以B回 到地球时的年龄为20+35.2=55.2年.A的寿命为100.8岁. 答案： A:100.8岁 B:55.2岁,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,Thank you!,物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品要点,