1、高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 一、相对论的诞生1经典的相对性原理(1)惯性系：定律能够成立的参考系。相对一个惯性系做运动的另一个参考系也是惯性系。(2)伽利略相对性原理：规律在任何系中都是相同的。牛顿运动匀速直线力学惯性高中同步新课标物理 2狭义相对论的两个基本假设(1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是的。(2)两个基本假设狭义相对性原理在不同的参考系中，一切规律都是相同的光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中都是的一样惯性物理相同高中同步新课标物理 注意要会判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系，我们通常选大地是惯性参考系，相对于地面静止或做匀速直线运
2、动的物体都是惯性参考系；相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系。高中同步新课标物理 判一判1静止或匀速直线运动的参考系是惯性系()2由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系()3在不同的惯性系中，光速是不相同的()4在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对另一个惯性系做匀速直线运动()高中同步新课标物理 二、时间和空间的相对性1“同时”的相对性(1)经典的时空观：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也是的。(2)相对论的时空观：“同时”具有性。2长度的相对性(1)经典的理论：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做而不
3、同。同时相对相对运动高中同步新课标物理(2)相对论的理论：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，但在于杆的运动方向上，杆的长度没有变化。(3)相对长度公式：ll01vc2。小垂直高中同步新课标物理 3时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是的。(2)相对论的时空观：惯性系越大，惯性系中的时间间隔进行得越。非但如此，惯性系中的一切物理、化学和生命过程都变慢了。(3)相对时间间隔公式：t1vc2。相同速度慢高中同步新课标物理 4相对论的时空观(1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是的，空间和时间之间也是联系的。(2)相对论时空
4、观：空间和时间与物质的状态有关。绝对没有运动高中同步新课标物理 选一选惯性系 S 中有一边长为 l 的正方形。从相对 S 系沿 x 方向以接近光速飞行的飞行器上观测到该正方形的图象是()高中同步新课标物理 解析：选 C 由相对论知识 ll01vc2得，运动方向上的边的边长变短，垂直运动方向的边的边长不变，C正确。高中同步新课标物理 注意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，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。高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 1.惯性系和非惯性
5、系牛顿运动定律能够成立的参考系，这个参考系就叫做惯性系，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。高中同步新课标物理 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。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。高中同步新课标物理 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，并不涉及参考系的问题
6、，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 cv 而不是 c，好像光速并不是对任何惯性系都一样。高中同步新课标物理(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。高中同步新课标物理 典型例题例 1.如图所示，光源相对于参考系 O 静止，人相对于参考系 O静止，求解下列几个问题：(1)参考系 O相对于参考系 O 静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考
7、系 O相对于参考系 O 以速度 v 向右运动，人看到的光速应是多少？高中同步新课标物理 (3)参考系 O相对于参考系 O 以速度 v向左运动，人看到的光速又是多少？解析 根据狭义相对论理论，光速是不变的，以上三种情况人看到的光速都是 c。答案 三种情况都是 c高中同步新课标物理 点评迈克耳孙莫雷实验证明了光速在任何惯性参考系中的速度是不变的，对于高速运动物体，经典的速度合成法则不再适用。高中同步新课标物理 即时巩固1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
8、些是正确的()A只有(1)(2)是正确的B只有(1)(3)是正确的高中同步新课标物理 C只有(2)(3)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)(2)都是正确的；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(3)正确，故 D 项正确。高中同步新课标物理 1.“动尺变短”狭义相对论中的长度公式：ll01vc2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
9、，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。高中同步新课标物理 2“动钟变慢”时间间隔的相对性公式：t1vc2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。高中同步新课标物理 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
10、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。高中同步新课标物理(3)“动尺变短”和“动钟变慢”是高速世界中必然发生的现象，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。高中同步新课标物理 典型例题例 2.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？高中同步新课标物理 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 ll01vc2，代入相应的数据解
11、得：l100 10.62 km80 km。答案 100 km 80 km高中同步新课标物理 点评 应用相对论“效应”解题的一般步骤首先，通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度。其次，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。高中同步新课标物理 即时巩固2介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6108 s(在自己的参考系中测得，光速 c3108 m/s)。(1)如果此粒子相对于实验室以 0.8c 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？高中同步新课标物理
12、解析：(1)介子在实验室中的寿命为t1v2/c22.610810.82 s 4.3108 s(2)该粒子在衰变前运动的距离为xvt0.831084.3108 m10.3 m答案：(1)4.3108 s(2)10.3 m高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 1多选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 B 两个参考系中，一切物理定律都是相同的D参考系 B 也是惯性参考系高中同步新课标物理 解析：选 ACD 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
13、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 错误。高中同步新课标物理 2(2016石家庄高二检测)下列说法中正确的是()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 cvC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 cvD迈克耳孙莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的高中同步新课标物理 解析：选 D 相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及相对哪个参考系才成立的问题，选项 A 错误；根据狭义
14、相对论的光速不变原理，易知选项 B、C 错误，D 正确。高中同步新课标物理 3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，则他所乘飞船相对地球的速度为()A0.5c B0.6c C0.8c D0.9c解析：选 C 由 ll01v2c2，且 ll035，可得 v45c0.8c，C 正确。高中同步新课标物理 4如图所示，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 _(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_。高中同步新
15、课标物理 解析：地面上测得距离为 L，由长度相对性可知 LL01vc2(L0 为两飞船相对静止时的距离)，所以 LL0；由光速不变原理知，A 测得该信号的速度为 c。答案：大于 c(或光速)高中同步新课标物理 5设有宇宙飞船 A 和 B，固有长度均为L0100 m，沿同一方向匀速飞行，在飞船 B上观测到飞船 A 的船头、船尾经过飞船 B 的船头的时间间隔为53106 s，求飞船 B 相对飞船 A 的速度的大小。已知真空中光速为 c。高中同步新课标物理 解析：经分析可知飞船 B 是以飞船 A 为参考系的，设飞船 B 相对飞船 A 的速度为 v，根据题意有vLtL01v2c2t解得飞船 B 相对飞船 A 的速度 v0.196c答案：0.196c(或 0.2c)高中同步新课标物理