物理选修34人教新课标15.1相对论的诞生精品课件要点2

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1、物理选修3-4人教新课标15.1相对论的诞生精品课件要点一、经典的相对性原理与狭义相对性原理一、经典的相对性原理与狭义相对性原理1 1惯性系和非惯性系惯性系和非惯性系牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系做匀牛顿运动定律能够成立的参考系，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牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系.2 2伽利略相对性原理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都是平权的.3 3相对性原理与电磁规律

2、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性系中的光速应是各不相同的.迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验证明：莫雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的.4 4迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验(1)(1)实验背景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，并不需要初

3、始条件，也就是说，度，并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是电磁波的速度是c”c”，这本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于，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某个具体事物的结论.于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系S S是正确的，是正确的，另外还有一个参考系另外还有一个参考系SS，SS相对于相对于S S以速度以速度v v运动，那么运动，那么光相对于光相对于SS的速度应该是的速度应该是(c-v)(c-v)而不是而不是c c，好像电磁规律不，好

4、像电磁规律不是对任何惯性系都一样是对任何惯性系都一样.(2)(2)实验结论实验结论不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的.狭义相对论认为：光速狭义相对论认为：光速c c是宇宙中的最大速度，是宇宙中的最大速度，实际物体无论怎样加速，其速度只能接近而不能超越光速实际物体无论怎样加速，其速度只能接近而不能超越光速c c.【典例典例1 1】(2010(2010北京高考北京高考)属于狭义相对论基本假设的是属于狭义相对论基本假设的是:在不同的惯性系中在不同的惯性系中()()A.A.真空中光速不变真空中光速不变B.B.时间间隔具有相对性时间间隔具有相

5、对性C.C.物体的质量不变物体的质量不变D.D.物体的能量与质量成正比物体的能量与质量成正比 【解题指导解题指导】解答本题的关键是牢记狭义相对论基本解答本题的关键是牢记狭义相对论基本假设假设,要与时间间隔的相对性、相对论质量等区分开来要与时间间隔的相对性、相对论质量等区分开来.【标准解答标准解答】选选A.A.狭义相对论基本假设狭义相对论基本假设:一是在不同的惯性一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知此可知A A属

6、于狭义相对论基本假设，故属于狭义相对论基本假设，故A A正确正确,B,B、C C、D D错误错误.二、怎样理解二、怎样理解“动尺变短动尺变短”和和“动钟变慢动钟变慢”1 1怎样理解怎样理解“动尺变短动尺变短”狭义相对论中的长度公式：狭义相对论中的长度公式：中，中，l0 0是相对于杆静是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而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可以认为是杆沿自己的长度方向以速度方向以速度v v运动时，静止的观察者测量的长度运动时，静止的观察者测量的长度.还可以认为还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v v运动时测

7、出的杆运动时测出的杆的长度的长度.2 2怎样理解怎样理解“动钟变慢动钟变慢”时间间隔的相对性公式：时间间隔的相对性公式：中，中，是相对事件发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，而隔，而tt是相对于事件发生地以速度是相对于事件发生地以速度v v运动的观察者测量同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做狭义相

8、对论中的时间膨胀.3 3理解要点理解要点(1)(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起时间间隔、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结构并没有变化.(2)(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参两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，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的考系相联系，如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，是没有任何意义的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的.以上结论是狭义相对论的必然结论，而狭义以上结

9、论是狭义相对论的必然结论，而狭义相对论的正确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界相对论的正确性已被实验证实，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，人们之所以平常观察不到这些现象，是因为我们观臆造，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生活在低速运动的世界里.【典例典例2 2】地面上长地面上长100 km100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向的铁路上空有一火箭沿铁路方向以以30 km/s30 km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的

10、长度应该为多少？如果火箭的速度达到为多少？如果火箭的速度达到0.6 c0.6 c，则火箭上的人看到的，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？铁路的长度又是多少？【解题指导解题指导】动尺变短只有在高速动尺变短只有在高速(接近光速接近光速)情况下情况下才能发生才能发生.【标准解答标准解答】当火箭速度较低时，长度基本不变，还是当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.100 km.当火箭的速度达到当火箭的速度达到0.6 c0.6 c时，由相对论长度公式时，由相对论长度公式 代入相应的数据解得：代入相应的数据解得：l=100 km=80 km.=100 km=80 km.答案：答案：100 k

11、m 80 km100 km 80 km【规律方法规律方法】应用相对论应用相对论“效应效应”解题的一般步骤解题的一般步骤首先，应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度首先，应该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结果，还是运动参考系中的观察结果.最后，应用最后，应用“尺缩效应公式尺缩效应公式”或或“时间延缓效应公式时间延缓效应公式”进进行计算行计算.【典例典例】如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一质量如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一质量为为m=5

12、kgm=5 kg的小球，正随车厢一起以的小球，正随车厢一起以20 m/s20 m/s的速度匀速前进的速度匀速前进.现在给小球一个水平向前的现在给小球一个水平向前的F FT T=5 N=5 N的拉力作用，求经的拉力作用，求经10 s10 s时时间，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分间，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？别是多少？【标准解答标准解答】对车上的观察者：对车上的观察者：小球的初速度为小球的初速度为0 0，加速度，加速度a=1 m/sa=1 m/s2 2,10 s,10 s末小球的速度末小球的速度v v1 1=at=10 m/s.=at=10 m/s.对

13、地上的观察者：对地上的观察者：小球的初速度小球的初速度v v0 0=20 m/s=20 m/s，加速度仍为，加速度仍为a=1 m/sa=1 m/s2 2，10 s10 s末末小球的速度小球的速度v v2 2=v=v0 0+at=30 m/s.+at=30 m/s.一、选择题一、选择题1 1根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论()()A A任何力学规律在惯性系中都是相同的任何力学规律在惯性系中都是相同的B B同一力学规律在不同的惯性系中可能不同同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C C在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在一个惯性参照系里不能用

14、力学实验判断该参照系是否在匀速运动在匀速运动D D在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动在匀速运动【解析解析】选选A A、C.C.伽利略的相对性原理是：力学规律在任何伽利略的相对性原理是：力学规律在任何惯性系中都是相同的，故选项惯性系中都是相同的，故选项A A正确，正确，B B错误；根据伽利略错误；根据伽利略相对性原理的另一种表述，选项相对性原理的另一种表述，选项C C正确，正确，D D错误错误.2 2在一惯性系中观测，有两个事件同时不同地，则在其他在一惯性系中观测，有两个事件同时不同地，则在其他惯性系中观测，结果是惯性系中观

15、测，结果是()()A A一定同时一定同时B B可能同时可能同时C C不可能同时，但可能同地不可能同时，但可能同地D D不可能同时，也不可能同地不可能同时，也不可能同地【解析解析】选选B.B.根据根据“同时同时”的相对性，故选项的相对性，故选项B B正确，正确，A A、C C、D D错误错误.3 3(2011(2011滨州高二检测滨州高二检测)用相对论的观点判断，下列说法不用相对论的观点判断，下列说法不正确的是正确的是()()A 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时间和一个物体的长度总不会改变B B

16、在地面上的人看来，以在地面上的人看来，以10 km/s10 km/s的速度运动的飞船中的时的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C C在地面上的人看来，以在地面上的人看来，以10 km/s10 km/s的速度运动的飞船在运动的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些来比飞船中的人扁一些D D当物体运动的速度当物体运动的速度v cv c时，时，“时间膨胀时间膨胀”和和“长度收缩长度收缩”效果可忽略不计效果可忽略不计【解

17、析解析】选选A.A.时间和空间都是相对的，故选项时间和空间都是相对的，故选项A A的说法错误；的说法错误；根据根据“时间膨胀时间膨胀”和和“长度收缩长度收缩”效应，选项效应，选项B B、C C的说法正的说法正确；当速度确；当速度v vc c时，时，1-()1-()2 211，所以，所以“时间膨胀时间膨胀”和和“长长度收缩度收缩”效应可忽略不计，故选项效应可忽略不计，故选项D D说法正确说法正确.4 4(2011(2011苏州高二检测苏州高二检测)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()()A A一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，

18、这是经典物理学家的观点同，这是经典物理学家的观点B B一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的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小长度小C C一条杆的长度静止时为一条杆的长度静止时为l0 0，不管杆如何运动，杆的长度，不管杆如何运动，杆的长度均小于均小于l0 0D D如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了【解析解析】选选A A、B B、D.D.根据经典物理学可知，选项根据经典物理学可知，选项A A正确；根正确；根据据

19、“长度收缩长度收缩”效应，故选项效应，故选项B B、D D正确；只有在运动方向正确；只有在运动方向上才有上才有“长度收缩长度收缩”效应，若杆沿垂直杆的方向运动，则效应，若杆沿垂直杆的方向运动，则杆的长度不变，故选项杆的长度不变，故选项C C错误错误.5 5下列说法中正确的是下列说法中正确的是()()A A相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题B B在真空中，若物体以速度在真空中，若物体以速度v v背离光源运动，则光相对物背离光源运动，则光相对物体的速度为体的速度为c-vc-vC C在真空中，若光源向着观察者以速度在真空中，若光源向着观察者以速度v v运

20、动，则光相对运动，则光相对于观察者的速度为于观察者的速度为c+vc+vD D迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的做怎样的相对运动，光速都是一样的【解析解析】选选D.D.相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及到相对哪个参考系才成立的问题，故选项里，涉及到相对哪个参考系才成立的问题，故选项A A错误；错误；根据狭义相对论的光速不变原理，故选项根据狭义相对论的光速不变原理，故选项B B、C C错误，错误，D D正确正确.6 6(2011(2011朝阳区高二检测朝阳区

21、高二检测)某宇航员要到离地球某宇航员要到离地球5 5光年的光年的星球上去旅行，如果希望把这段路程缩短为星球上去旅行，如果希望把这段路程缩短为3 3光年，则他所光年，则他所乘飞船相对地球的速度为乘飞船相对地球的速度为()()A A0.5 c B0.5 c B0.6 c0.6 cC C0.8 c D0.8 c D0.9 c0.9 c【解析解析】选选C.C.由由 故选项故选项C C正确正确.【方法技巧方法技巧】“尺缩效应尺缩效应”在解题中的应用方法在解题中的应用方法1.1.“尺缩效应尺缩效应”只有在高速运动的情况下，才有明显的显只有在高速运动的情况下，才有明显的显现现.2.2.“尺缩效应尺缩效应”中

22、长度的变化是沿运动方向上的长度变化中长度的变化是沿运动方向上的长度变化效应效应.这种长度的变化仅仅是一种观察结果，绝不是物质各这种长度的变化仅仅是一种观察结果，绝不是物质各组成部分的空间尺度变化组成部分的空间尺度变化.3.3.在与运动方向垂直的方向上没有在与运动方向垂直的方向上没有“尺缩效应尺缩效应”.7.7.（20112011江苏高考）如图所示，沿平直铁路线有间距相等江苏高考）如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔的三座铁塔A A、B B和和C.C.假想有一列车沿假想有一列车沿ACAC方向以接近光速行驶，方向以接近光速行驶，当铁塔当铁塔B B发出一个闪光，列车上的观测者测得发出一个闪光，

23、列车上的观测者测得A A、C C两铁塔被照两铁塔被照亮的顺序是（亮的顺序是（）A.A.同时被照亮同时被照亮 B.AB.A先被照亮先被照亮C.CC.C先被照亮先被照亮 D.D.无法判断无法判断【解析解析】选选C.C.列车上的观察者看到的是由列车上的观察者看到的是由B B出发后经过出发后经过A A和和C C反射的光，由于列车在这段时间内向反射的光，由于列车在这段时间内向C C运动靠近运动靠近C,C,而远离而远离A,A,所以所以C C的反射光先到达列车上的观察者，看到的反射光先到达列车上的观察者，看到C C先被照亮，故先被照亮，故只有只有C C正确正确.二、非选择题二、非选择题8 8爱因斯坦狭义相对

24、论的两个假设：爱因斯坦狭义相对论的两个假设：(1)(1)爱因斯坦相对性原理：爱因斯坦相对性原理：_._.(2)(2)光速不变原理：光速不变原理：_._.【解析解析】(1)(1)在不同惯性参考系中，一切物理规律都是相同在不同惯性参考系中，一切物理规律都是相同的的;(2);(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的.9 9用加速器对电子进行加速，当把电子加速到运动时的质用加速器对电子进行加速，当把电子加速到运动时的质量是静止质量的三倍时，求电子获得的速度大小是多少？量是静止质量的三倍时，求电子获得的速度大小是多少？【解析解析】由题意知，由题意知，m=

25、3mm=3m0 0，代入质速方程代入质速方程=2.8310=2.83108 8 m/s m/s答案：答案：2.83102.83108 8 m/s m/s1010假如一对孪生兄弟假如一对孪生兄弟A A和和B B，其中，其中B B乘坐速度为乘坐速度为v=0.9 cv=0.9 c的的火箭飞往大角星，而后又飞回地球火箭飞往大角星，而后又飞回地球.根据根据A A在地球上的观测，在地球上的观测，大角星离地球有大角星离地球有4040万光年，这次万光年，这次B B往返飞行经历时间为往返飞行经历时间为80.880.8年年.如果如果B B在离开地球时，他们的年龄都为在离开地球时，他们的年龄都为2020岁，试问当岁，试问当B B回回到地球时，他们的年龄各有多大？到地球时，他们的年龄各有多大？【解析解析】设设B B在飞船惯性系中经历的时间为在飞船惯性系中经历的时间为tt，根据钟慢，根据钟慢效效应得：应得：解得解得t=35.2t=35.2年年.所以所以B B回回到地球时的年龄为到地球时的年龄为20+35.2=55.220+35.2=55.2年年.A.A的寿命为的寿命为100.8100.8岁岁.答案：答案：A:100.8A:100.8岁岁 B:55.2B:55.2岁岁 谢谢