2022年相对论简介-第一节--相对论的诞生-第二节--时间和空间的相对性学案课件1 .pdf

知识导航本章主要是讲述相对论的提出、发展及应用本章第一节主要讲述了相对论的诞生，这是本章知识的基本内容， 第二节是时间与空间的相对性，初步提出了时间、长度等基本量的相对性，第三节讲述狭义相对论及提出后的应用，第四节是广义相对论原理及应用本章的重点是：相对论的时空观，相对论的速度变换公式和质量公式，以及质能方程， 这些知识点也将成为今后高考对本章命题的重点；难点是这些结论的实际运用学法指导本章的概念较多，知识很抽象， 尤其有些结论的导出过程都应用了高等数学的知识，所以学生只需简单地记住这些结论即可，通过本章学习， 初步了解相对论在物理学及整个科学领域内的重要性考纲须知在一节长为 L的列车车厢的两端，分别装置一只光信号接收器A 和 B.当车厢中点处的灯发出一次闪光，向车厢的前、后端传播假设车厢以速度V沿着 K系的 x 轴方向匀速前进， 则在车厢中的观察者认为， 该闪光分别传播到 A和 B所经过的距离相等， A和 B应同时接收到该光信号；可是，在地面上的观察者认为，当光信号经过时间t 传到 B时，由于在这段时间 t 内车厢相对于地面向前移过了距离vt ，所以这时 B 相对于 A 要较迟才能接收到光信号你思考过这个问题吗？ 1 19 世纪末期，物理学上令人不安的两朵乌云，一朵与有关，另一朵与有关 2 牛顿定律成立的参考系叫，任何都是的 3 狭 义 相 对 论 的 两 个 基 本 假 设 是指； 4 经典物理学家认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页同，但分析说明：确 实 与 观 察 者 与 杆 之 间 的 相 对 运 动 有关 5 在经典物理中，同时为的，但在相对论者看来，同时是的 6 时空相对性的最早证据跟有关 1 惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫惯性系 2 经典相对性原理表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动 表述三：任何惯性系都是平权的特别提醒：非惯性系：牛顿运动定律不能成立的参考系例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察到路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立这里加速的车厢就是非惯性系. 1 狭义相对性原理在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的 2 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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢？在什么情况下，相对论效应比较明显？答案：平时生活中物体运动的速度都非常慢，与光速c 相比均可忽略， 因此我们觉察不到同时的相对性，相对论的所有效应都不明显，但在参考系速度接近光速一般都需 0.9c 以上 时，相对论效应就明显表现出来了 . 1 “同时”的相对性相对论时空观：“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是不同时的 2 “长度”的相对性一条沿精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页自身长度方向运动的杆， 其长度总比静止的长度小， 但在垂直杆的运动方向上，杆的长度不变化 3 时间间隔的相对性相对论时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是不同的你对“长度”的相对性是怎样理解的？为什么我们平时观察不到这种长度收缩效应？答案：不同惯性系中的观测者对同一物体进行观测，测得的结果并不相同虽然结果不同，物体本身并未收缩 在垂直于运动方向不发生收缩效应现象经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间也是没有联系的相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关前面已经看到，在一个确定的参考系中观察，运动物体的长度空间距离和它 上面 物 理 过程 的 快 慢时 间进 程都 跟 物 体的 运 动 状态 有关探究题 飞船在高空以 0.1c 的速度向目标飞行， 从飞船上向目标方向发射一个光信号， 则在地面的观察者看来光信号的速度是 1.1c 吗？ 解析：由经典力学的相对性原理可知，光信号相对地面的速度 vc0.1c 1.1c ，但根据狭义相对论中的光速不变原理，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的，这一判断被麦克耳孙莫雷实验所证实答案：在地面的观察者看来光信号的速度还是c，不是 1.1c. 点评：经典力学的结论是有一定局限性的，一般只适用于宏观物体的低速运动答案：CD 解析：根据狭义相对性原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 . 人马星座 1016m ，设有一宇宙飞船自地球往返于人马星座107 s 点评：狭义相对论的几个结论是这精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页一章的重要内容， 在对这些结论或公式用于分析和计算时，要注意理解其中各量的意义，切记不可盲目乱套公式世界上各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟 既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢这种说法是 A 对的，对各种钟的影响必须相同 B不对，不一定对所有的钟的影响都一样 CA 和 B 分别说明了两种情况下的影响 D以上说法全错答案：A 如图，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的描述了梭镖穿过管子的情况的是 A 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解析：如果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， 在某些位置梭镖会完全在管子内部，然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子答案：D 一列速度接近光速的火车 静止时的长度比隧道的长度大经过隧道时，站在地面上的人还看到两个闪电同时击中隧道的两端，但由于“动尺变短”效应，站在隧道旁边的人看到火车完全进入了隧道，刚好不会被闪电击中但是，站在车上的人看到的却是隧道变得更短，不可能完全遮住整列火车，那么他看到的闪电会不会击中火车呢？答案：不会解析：这道题考查的是对同时的相对性的理解， 站在隧道旁的人看到两个闪电是同精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页时发生的，但站在火车里面的人看到的两个闪电却不是同时发生的，他看到的现象是：在火车前面的闪电先发生，经过一段时间后，火车后面的闪电才发生， 而在这个时间间隔里面， 列车已经前进了一段距离， 所以车尾也不会被闪电击中 相对论质能公式 质速关系、质能关系 狭义相对论的基本假设要求 内容 了解相对论的时空观 了解长度的相对性和时间间隔的相对性 了解同时的相对性 黑体辐射光的速度惯性参考系惯性系平权 狭义相对性原理 光速不变原理杆的长度 绝对 相对 宇宙射线的观测 * * ll0 t ， 通常用代替 t，则有 t 我们平常观察不到这种长度收缩效应，是因为我们生活在比光速低很多的低速世界里， 这种现象极不明显 即使运动物体的速度到达 v30000km/s 即 0.1c ，长度收缩效应也只不过是. 因此，在低速运动中， vc，LL，长度收缩效应可忽略不计. 判断以下说法是否正确A在以 c 竖直方向上升的火箭上向前发出的光，对地速度一定比 c 大B在以 c 竖直方向上升的火箭上向前发出的光，对地速度一定比 c 小C在以 c 竖直方向上升的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为 c D在以 c 竖直方向上升的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为 c 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页解析：假设以地球上的时钟计算：108 s 假设以飞船上时钟计算：t1 有t2 108 s 107 s 点评： “尺缩”效应公式 l l0 中的 l 和 l0 是具有相对性的，到底是管子收缩变短还是梭镖收缩变短，要看观察者所处的参考系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页