2022年高中物理第章新时空观的确立章末分层突破教师用书沪科版选修- .pdf

1 第 5 章 新时空观的确立 自我校对 狭义相对性光速不变l1vc2t1vc2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2 m01vc2mc2狭义相对论1. 狭义相对论的基本原理(1) 狭义相对性原理：物理规律( 力学、电磁学、光学等) 对于所有惯性系都具有相同的形式 . (2) 光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关 . 2. 时间的相对性运动的时钟变慢：tt1v2c2 . 3. 长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小. 公式为ll01v2c2. 如图 5-1 所示，列车以速度v匀速运动，在车厢里的人量得车厢高为d，一相对于车厢静止放在地板上的尺子的长度为L0. 请思考：图 5-1(1) 地面上的人量得的车厢高度为多少？(2) 地面上的人测得的尺子的长度为多少？【解析】(1) 在垂直于运动方向上长度不变，所以在竖直方向上车厢高度不变，所以地面上的人量得车厢高度为d. (2) 由长度的相对性，尺子的长度为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3 LL01v2c2. 【答案】(1)d(2)L01v2c2解决长度的相对性问题，应当注意1. “动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，这种长度收缩并非幻觉， 并非看上去短了，它的确变短了，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动的速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著. 2. 在具体计算中要明确，长度收缩指的是只在物体运动方向上的长度收缩，在垂直于运动方向上的长度没有变化. 广义相对论1. 广义相对论的基本原理(1) 广义相对性原理：在任何参考系( 包括非惯性系 ) 中物理规律都是相同的. (2) 等效原理：匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分. 2. 广义相对论的时空结构弯曲时空(1) 引力场中，时钟变慢. (2) 在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了弯曲. 下列说法中正确的是( ) A.光线在引力场中仍沿直线传播B.强引力场作用可使光谱线向红端偏移C.引力场越强的位置，时间进程越慢D.引力场越强的位置，时间进程越快E.由于物质的存在，实际的空间是弯曲的【解析】根据广义相对论的结论，由于太阳引力场的影响，使得光线发生弯曲，A错误. 强引力场作用使光的波长变长、频率变低，所以光谱线向红端偏移，B正确 . 引力场越强的位置，时间进程越慢，所以C正确、 D错误 .物质的引力使得空间变形，发生弯曲，所以E正确 . 【答案】BCE 1.(2016 江苏高考改编)一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速 ) 的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 4 速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是_. A.飞船上的观测者测得该飞船的长度等于30 m B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于cE.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度等于c【解析】飞船上的观测者相对飞船静止，测得飞船的长度为飞船静止时的长度l030 m ，选项 A正确；地球上的观测者与飞船有相对运动，测得飞船的长度ll010.6cc2l0，故应小于30 m ，选项 B正确；狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理，即飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于c，选项 C、D错误， E正确 . 【答案】ABE 2.(2013 江苏高考 ) 如图 2 所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c). 地面上测得它们相距为L， 则A测得两飞船间的距离_( 选填“大于”“等于”或“小于”)L. 当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为_. 图 2 【解析】根据长度的相对性得LL01vc2所以A测得两飞船间的距离L0L1vc2L根据狭义相对论的基本假设，光信号的速度为光速c. 【答案】大于c( 或光速 ) 3.(2016 苏州一中检测)假如一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v0.9c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 光年远，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，则当B回到地球时，A的年龄为 _岁，B的年龄为 _岁. 【解析】设B在火箭惯性系中经历的时间为t，根据时间延缓效应得：tt1v2c2，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 5 即 80.8 t10.92， 解得t35.2 年. 所以B回到地球时的年龄为2035.2 55.2( 岁).A的年龄为100.8 岁. 【答案】100.8 55.2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -