2019-2020学年高中物理 第15章 相对论简介 第1节 相对论的诞生 第2节 时间和空间的相对

第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性固知识、要点梳理要点一相对论的诞生1．经典的相对性原理(1)惯性系：1__________定律在某个参考系中成立，这个参考系叫惯性系，相对于这个惯性系做2__________运动的另一个参考系也是惯性系．(2)伽利略的相对性原理：力学规律在任何3__________中都是相同的．(或者说，任何惯性参考系都是平权的．)牛顿运动匀速直线惯性系2．迈克耳孙—莫雷实验结论在经典力学中如果某一惯性系相对另一惯性系的速度为v，在此惯性系中有一物体速度为c，那么，此物体相对另一惯性系的速度是c＋v吗？根据伽利略相对性原理答案是肯定的，但是这种答案被迈克耳孙—莫雷的实验否定了．迈克耳孙—莫雷实验证明光速是不变的，这和传统的速度合成法则是矛盾的．3．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是4__________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5__________的．相同相同光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础．之所以称为假设，是因为只根据迈克耳孙等几个实验提出，还没有经过数学的逻辑推导，所以只能称为狭义相对论原理．1．(多选)下列关于经典力学的时空观，正确的是()A．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，空间间隔是绝对的，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的不变的量值，而与参考系选取无关D．经典力学的时空观认为时间与空间、物体的运动有关解析：选ABC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正确，D错误．2．(多选)下列说法正确的是()A．在以11000c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11000c竖直方向升空的火箭上向前发出的光对地速度一定比c小C．在以11000c竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为cD．在以11000c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解析：选CD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，即对不同的惯性参考系光速是相同的，因而C、D正确，A、B错误．3．下列几种说法：①所有惯性系统对物理基本规律都是等价的．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相同．其中哪些是正确的()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解析：选D狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选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相同的，即①是正确的；光速不变原理认为：光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的，即②③是正确的．要点二时间和空间的相对性1．“同时”的相对性(1)经典的时空观：同时是绝对的，即如果两个事件在一个参考系中被认为是同时的，在另一个参考系中一定也被认为是6__________的．(2)相对论的时空观：同时是相对的，即在一个惯性系中“同时”发生的两个事件，在另一个惯性系中可能是不同时的．同时2．长度的相对性(尺缩效应)(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否相对杆运动而不同．(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止的长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化．(3)相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆相对运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则l、l0、v之间的关系为：l＝7____________.l01－vc23．时间间隔的相对性(时间延缓效应或钟慢效应)某两个事件在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔不一样．设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为Δτ，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为Δt，则Δt＝8__________，因总有vc，所以ΔtΔτ——动钟变慢．Δτ1－vc24．时空相对性的实验验证μ子的寿命不长，只有3.0μs，其速度为0.99c，在100km的高空，其运动距离只有890m，要到达地面是不可能的，但实际上从地面是可以测到的．原因是它的速度很大，达到0.99c，这时大气层的厚度不再是100km，而是很短的，这样在3.0μs的时间内可以到达地面，从而证明了相对论时空观的正确性．5．相对论的时空观时间和空间不能脱离物质和物质的运动状态．时间变慢，空间的长度会变短，这都与物质的运动速度有关．4．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．无法判断解析：选C以列车为参考系，塔A、B、C向左高速运动，列车中的观测者认为光从B→A的距离大于光从B→C的距离，由t＝lc知，光从B→C用时短，C先被照亮，故C项正确．5．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10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的航天员却看到时钟是准确的C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄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按照相对论的观点，时间和空间都是相对的，A错误；由Δt＝Δt01－vc2可知，运动的时钟变慢了，但飞船中的钟相对观察者静止，时钟准确，B正确；由l＝l01－v2c2可知，地面上的人看飞船沿运动方向长度减小，C正确；当v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计，D正确．6．一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c(c为光速)的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小于30mB．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC．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c解析：选B飞船上的观测者相对飞船静止，则他测得的是飞船的静止长度，即为30m，A项错误；地球上的观测者看到飞船是运动的，根据长度的相对性得他看到飞船长度比静止时的长度小，B项正确；根据光速不变原理得飞船上的观测者和地球上的观测者观测到的光信号速度均为c，C、D项错误．