1、第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界牛 顿 眼 中 的 世 界先填空1经典力学的相对性原理通过任何力学实验，都不可能发现惯性系是处于绝对静止状态，还是做匀速直线运动也就是说，不可能通过力学实验测得惯性系的绝对速度这表明，力学规律在任何惯性系中都是相同的这个结论称为经典力学的相对性原理2绝对时空观(1)在牛顿的世界里，力学规律之所以在任何惯性系中表达形式都相同，其根本原因是时间与空间不会随参考系不同而变化，也就是说时间和空间是绝对的，这就是绝对时空观(2)绝对时间和绝对空间是经典物理学的支柱3寻找“以太”迈克尔孙实验(1)19世纪的科学家认为，波是振动在介质中的传播，光速c是以太介质振动
2、的传播速度“以太”是绝对静止的，可看成是绝对静止的参考系，光在“以太”中朝各个方向的传播速度皆为c.(2)物理学家们设计了多种检验“以太”存在的实验，其中最著名的是迈克尔孙莫雷实验再判断1牛顿定律在惯性系中都成立()2经典物理学认为，时间和空间是不能脱离物质而存在的()3迈克尔孙莫雷实验寻找“以太”取得了成功()后思考牛顿定律在任何参考系中都成立吗？【提示】不一定在惯性系中都成立，在非惯性系中牛顿运动定律不成立核心点击1惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性系，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经典力学相对性原理：力学规
3、律在任何惯性系中都是相同的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尔孙莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的1下列说法正确的是()A物理基本规律在所有惯性系中都是等价的B在真空中，光的速度与光源的运动状态无关C在不同的惯性系中，在不同方向上光速大小不同D在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同E经典力学规律适用于高速运动的物体【解析】根据相对性原理知，物理规律在所有惯性系中都是等价的，A正确；根据光速不变原理知，B、D正确；根据迈克尔孙莫雷实验结
4、果，C错误；经典力学只适用于低速和宏观物体，E错误【答案】ABD2.如图611所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m5 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F5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？ 图611【导学号：78510068】【解析】对于车上的观察者：小球的初速度v00，加速度a1 m/s210 s时速度v1at10 m/s.对于地上的观察者：方法一：小球初速度v020 m/s加速度a1 m/s2.10 s末速度v2v0at30 m/s.方法二：根据速度合成法则v2v1v0(1020) m
5、/s30 m/s.【答案】10 m/s30 m/s惯性系与非惯性系的区分1牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系以匀速直线运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系2牛顿运动定律不能成立的参考系称为非惯性系例如，我们坐在加速的车厢里时，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋，它们向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上却没有，也就是说牛顿运动定律不成立这里加速的车厢就是非惯性系爱 因 斯 坦 眼 中 的 世 界先填空1狭义相对论的两条基本原理(1)狭义相对性原理：物理规律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
6、的运动和观测者的运动无关2狭义相对论中的时间与空间(1)根据狭义相对论，“同时”不再具有绝对的意义，“同时”是相对的运动的时钟会变慢，这就是时间延缓效应(2)根据狭义相对论，长度与观察者的运动状态有关，运动的物体在运动方向上发生了收缩，这就是长度缩短效应3相对论的速度叠加(1)狭义相对论的速度叠加公式为u，由该公式可推知，光速在静止参考系和运动参考系中具有相同的数值(2)在低速世界中，物体的运动可以用经典力学来描述，而在高速世界中，物体的运动必须用相对论来描述再判断1一切客观真实的物理规律在任何惯性系中的表述形式应该完全相同()2在不同的惯性系中，在不同的方向上，光的传播速度大小是不同的()3
7、在高速世界中，运动的时钟会变慢，而在低速世界中这种效应可以忽略()后思考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？【提示】在平时生活中，物体运动的速度都非常小，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核心点击几个主要结论相对事件发生地(或物体)静止的参考系中观察相对事件发生地(或物体)运动的参考系中观察“同时”的相对性事件同时但不同地点发生事件不同时发生时间间隔的相对性两个事件发生的时间间隔为t两事件发生的时间间隔变大t长度的相对性杆的
8、长度为l0若参考系沿杆的方向运动，观察到的杆的长度减小ll03关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是() 【导学号：78510069】A在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样C真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的D真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的E光速的大小与光源的运动和观察者的运动无关【解析】狭义相对论的基本假设有两个，分别是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理选项A、C正确根据光速不变原理，E正确【答案】ACE4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，则火箭上的人看到铁路的长度应
9、该为多少？如果火箭的速度达到0.6c，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？【解析】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0.6c时，由相对论长度公式ll0代入相应的数据解得：l100 km80 km.【答案】100 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”进行计算学业分层测评(十五)(建议用时：45分钟)学业达标1下列说法中正确的是()A研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B研究电子的运
10、动可用牛顿定律和运动学公式C研究电子运动要用狭义相对性原理，研究铅球运动可用牛顿运动定律D研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律E牛顿定律只能用来处理低速、宏观物体的运动【解析】以牛顿运动定律为基础的经典物理学处理低速、宏观物体的运动是相当完美的，但对于高速、微观的运动就无能为力了显然，铅球的运动可以用牛顿定律来解决；电子的运动则不能用牛顿定律来解决，而要用狭义相对论原理来解决故A、C正确，B、D错误牛顿定律只适用于低速宏观物理的运动，E正确【答案】ACE2如果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，则在参考系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
11、B两个参考系中，一切物理定律都是相同的D参考系B也是惯性参考系E力学规律在不同的惯性系中是不同的【解析】参考系A是惯性参考系，而参考系B相对于A做匀速直线运动，因而参考系B也是惯性参考系，D正确；根据狭义相对论原理知，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是相同的，A、C正确，B、E错误【答案】ACD3在狭义相对论中，下列说法正确的是() 【导学号：78510070】A所有惯性系中基本规律都是等价的B在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关C在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传播速度不相同D质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态的改变而改变E时间与物体的运动状态有关【解析】
12、根据相对论的观点：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的；且在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态的改变而改变故正确选项为A、B.在狭义相对论中，时间与物体的运动状态有关，E正确【答案】ABE4判断下面说法中正确的是()A“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向前发出的光，对地速度一定比c大B“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向后发出的光，对地速度一定比c小C“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上沿垂直于速度方向发出的光对地速度为cD“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向任一方向发出的光对地速度都为cE“嫦娥三号”发出光的速度与其运动状
13、态无关【解析】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卫星的速度为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、E正确，A、B错误【答案】CDE5在地面附近有一高速飞过的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是()A地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了B地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了C火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化D火箭上的人观察到地面物体长度变小，时间进程变慢了E火箭上的人观察到地面物体长度变大，时间进程变慢了【解析】由表达式t，可知tt，一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们
14、看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的物理过程所经历的时间越长【答案】BCD6宇宙飞船相对于地面以速度v做匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光信号，经过t(飞船上的钟)时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为_【解析】根据光速不变原理及运动学公式，飞船的长度为速度与时间之积【答案】ct7如图612所示，a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两火箭上，且vbvc，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为_图612【解析】根据公式t可知，相对于观察者的速度v越大，其
15、上的时间进程越慢，由vcvbva0知c钟走得最慢【答案】c能力提升8一张正方形的宣传画，正贴在铁路旁的墙上，一高速列车驶过时，在车上的司机看来这张宣传画变成了什么样子？ 【导学号：78510071】【解析】取列车为惯性系，宣传画相对于列车高速运动，根据尺缩效应，宣传画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【答案】宣传画变成了长方形，此画的高度不变，宽度变窄了10如图613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61
16、3【解析】根据相对论原理，当物体运动速度接近光速时，空间距离会变短，A与B是相对静止的，但相对于地球却以接近光速的速度在飞行，故在地面上测得的距离会比较短，而在飞船上测得的距离会比较长根据相对论的光速不变原理，A测得信号的速度为光速【答案】大于光速11有一太空船以0.8c的速度飞越“月球太空站”一科学家在月球上量得运动中的太空船长度为200 m，此太空船最后在月球上登陆，此科学家再度测量静止的太空船的长度，他测量的结果如何？【解析】在月球上测得运动的飞船的长度为l，静止飞船的长度为l0，依据狭义相对论的长度收缩效应关系式，有ll0 所以l0m333 m.【答案】333 m12一艘宇宙飞船的船身长度为L090 m，相对地面以u0.8c的速度在一观测站的上空飞过(1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？(2)航天员测得船自身通过观测站的时间间隔是多少？【解析】(1)观测站测得船身的长度为LL090 m54 m，通过观测站的时间间隔为t2.25107 s.(2)航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为t3.75107 s.【答案】(1)2.25107 s(2)3.75107 s