【红对勾】高考物理 相对论简介课件

课时2相对论简介知识点一狭义相对论的基本假设——知识回顾——1．经典相对性原理(1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．(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2．狭义相对论的两个基本假设(1)爱因斯坦相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是

．(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

．相同的相同的——要点深化——1．惯性系和非惯性系的区别牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察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外力作用，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．2．伽利略相对性原理的其他表述：(1)在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动．(2)任何惯性系都是平权的．3．光速是极限速度根据麦克斯韦的电磁场理论可以直接得到真空中电磁波的速度是光速c.那么此速度相对于哪个参考系？如果它相对于参考系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，若依据速度合成法则，光相对于S′的速度应是c－v，或者是c＋v，而不是c，若是c＋v，这不是就存在“超光速”了？事实上由相对论可知，光速为极限速度，是不变的，因此伽利略速度合成法则在这里是不适用的．——基础自测——

(2010·北京高考)属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中()A．真空中光速不变 B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变 D．物体的能量与质量成正比解析：由爱因斯坦狭义相对论基本假设可知选项A正确．答案：A知识点二狭义相对论的时空观——知识回顾——1．时间的相对性(1)同时的相对性：在一个惯性参考系中“同时”发生的两个事件，在另一个惯性参考系中可能是不同时的，即同时是相对的．(2)时间间隔的相对性：当从地面观察以速度v前进的火车时，车上的时间进程变慢了，不仅时间变慢了，物理、化学过程和生命的过程都变慢了．这称为时间膨胀．2．空间的相对性(1)长度的相对性：相对地面以速度v运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短的越多．———要1．经典物理学时空观与相对论时空观的区别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，空间与时间之间是没有联系的．而相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关．在一个确定的参考系中观察，运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关．相对论更具有普遍性，经典物理学时空观是相对论在低速运动时的特例．2．“同同时”的相对性性理解狭义相对对论的时时空观认认为：同同时是相相对的，，即在一一个惯性性系中不不同地点点同时发发生的两两个事件件，在另另一个惯惯性系中中不一定定是同时时的．用用爱因斯斯坦列车车加以说说明：如图1所示示，火火车以以v匀速直直线运运动，，车厢厢中央央有一一闪光光灯发发出光光信号号，光光信号号到车车厢前前壁为为事件件1，，到后后壁为为事件件2；；地面面为S系，列列车为为S′系．．图1在S′系中中，A以速度度v向光接接近，，B以速度度v离开光光，事事件1与事事件2同时时发生生．在S系中，，光信信号相相对车车厢的的速度度v1′＝c－v，v2′＝c＋v，事件件1与与事件件2不不是同同时发发生．．即S′系中中同时时发生生的两两个事事件，，在S系中观观察却却不是是同时时发生(1)观察察运动动的物物体其其长度度要收收缩，，收缩缩只出出现在在运动动方向向．固有长长度值值最大大．如如图2所示示．图2(2)低速速空间间相对对论效效应可可忽略略．(3)长度度收缩缩是相相对的的，K系认为为静止止在K′系中中的尺尺收缩缩，反反之，，K′系认认为静静止在在K系中的的尺收收缩．．——基基础自自测———长度测量与与被测物体体相对于观观察者的运运动有关，，物体在运运动方向长长度缩短了了．一艘宇宇宙飞船的的船身长度度为L0＝90m，相对地地面以u＝0.8c的速度在一一观测站的的上空飞过过．(1)观测测站测得飞飞船的船身身通过观测测站的时间间间隔是多多少？(2)宇航航员测得船船身通过观观测站的时时间间隔是是多少？答案：(1)2.25×10－7s'(2)3.75×10－7s答案：AD题型一狭义相对性性原理的应应用[例1]如图3所示示，设惯性性系K′相对于惯惯性系K以匀速v＝c/3沿x轴方向运动动．在K′系的x′y′平面内静静止一长为为5m、、并与x′轴轴成成30°°角角的的杆杆．．试试问问：：在在K系中中观观察察到到此此杆杆的的长长度度和和杆杆与与x轴的的夹夹角角为为多多大大？？图3图图4[解解析析]如图图4.在K′系系中中，，杆杆在在x′、、y′轴轴上上的的投投影影L′x、L′y分别别为为L′x＝L′··cosα′，，L′y＝L′sinα′.式中中，，L′为为K′系系中中测测得得的的杆杆长长，，即即固固有有长长度度；；α′为为杆杆与与x′轴轴的的夹夹角角．．由由于于K和K′系系仅仅在在x轴方方向向有有相相对对运运动动，，故故在在K系中中，，杆杆在在x轴方方向向的的投投影影Lx有收收缩缩，，而而在在y轴方方向向的的投投影影Ly则没没有有变变化化．．即即在以以上上两两式式中中，，代代入入题题给给的的数数据据，，我我们们不不难难算算出出L≈4.79m，，α＝31.48°°.即在在K系中中观观察察到到这这根根高高速速运运动动的的杆杆长长，，长长度度要要缩缩短短，，空变式1—1惯性系S中有一边长为为l的正方形(如如图5所示)，从相对S系沿x方向以接近光光速匀速飞行行的飞行器上上测得该正方方形的图象是是()图5解析：由相对论知识识可知，沿运运动方向，物物体的长度将将变短，而其其他方向物体体长度不会发发生变化，因因此，C正确确，ABD错错误．答案：C题型二质速关系的应应用[例2]两个电子相向运动．每个电子对于实验室的速度都是0.8c，它们的相对速度是多少？在实验室中观测，每个电子的质量是多少？计算结果中的光速c和电子的静止质量m不必代入数值．[解析]设在实验室中中观察，甲电电子向右运动动，乙电子向向左运动．若若以乙电子为为“静止”参参考系，即O系，实验室(记为O′系)就以0.8图6变式2—1一粒子子以0.05c的速率率相对对实验验室参参考系系运动动．此此粒子子衰变变时发发射一一个电电子，，电子子相对对于粒粒子的的速度度为0.8c，电子子的衰衰变方方向与与粒子子运动动方向向相同同．求求电子子相对对于实实验室室参考考系的的速度度．答案：：0.817c题型三三质能方方程的的应用用[例3]联合国国将2005年年定为为“国国际物物理年年”，，以纪纪念爱爱因斯斯坦对对物理理学的的巨大大贡献献．对对于爱爱因斯斯坦提提出的的质能能方程程E＝mc2，以以下下看看法法中中正正确确的的是是()A．．E＝mc2表明明物物体体具具有有的的能能量量与与其其质质量量成成正正比比B．．E＝mc2中的的E表示示发发生生核核反反应应过过程程中中释释放放的的核核能能C．．根根据据ΔE＝Δmc2可以以计计算算核核反反应应中中释释放放的的核核能能D．．ΔE＝Δmc2表示示发发生生的的质质量量亏亏损损Δm转变变为为能能量量ΔE释放放出出来来[解解析析]爱因因斯斯坦坦质质能能方方程程E＝mc2表明明物物体体具具有有的的总总能能量量与与它它的的质质量量之之间间存存在在正正比比关关系系，，并并不不是是指指核核反反应应过过程程中中释释放放的的核核能能，，故故选选项项B错错误误．．ΔE＝Δmc2中的的Δm不一一定定是是指指质质量量亏亏损损，，也也可可能能是是增增加加的的质质量量，，它它描描述述的的是是Δm与ΔE的对对应应关关系系．．故故选选项项D错错误误．．[答答案案]AC题后后反反思思在核反应应中亏损损的质量量与释放放的能量量之间存存在着ΔE＝Δmc2的对应关关系，质质能方程程E＝mc2表明物体体具有的的总能量量与它的的质量之之间存在在正比关关系，并并不是指指核反应应过程中中释放的的核能，，也并不不能说明明质量与与能量之之间可以以相互转转化，仅仅说明质质量与能能量之间间存在着着一种对对应关系系．变式3——1一个轴核核衰变为为钍核时时释放出出一个α粒子，已已知轴核核的质量量为3.853131×10－25kg，钍钍核的质质量为3.786567×10－25kg，α粒子的质质量为6.64672×10－27kg，在在这个衰衰变过程程中释放放出的能能量等于于__________J(保留两两位有效效数字)．解析：设核反应前前的质量和和能量分别别为m1、E1，则：E1＝m1c2，设核反应后后的质量和和能量分别别为m2、E2，则：E2＝m2c2，两式相减得得：ΔE＝Δmc2＝[mU－(mTh＋mα)]c2＝[3.853131－(3.786567＋＋0.0664672)]×10－25×(3×108)2J≈8.7×10－13J.答案：8.7×10－13C．当物体以以较小的速度度运动时，质质量变化十分分微弱，经典典力学理论仍仍然适用，只只有当物体以以接近光速运运动时，质量量变化才明显显，故经典力力学适用于低低速运动，而而不适用于高高速运动D．通常由于于物体的速度度太小，质量量的变化引不不起我们的感感觉，在分析析地球上物体体的运动时，，不必考虑质质量变化解析：公式中的m0是物体的静止止质量；在v远小于光速时时，经典力学学依然成立，，故选项A、、B错而C、、D对．答案：CD2．在狭义相相对论中，下下列说法中哪哪些是正确的的()①一切运动物物体相对于观观察者的速度度都不能大于于真空中的光光速②质量、长度度、时间的测测量结果都是是随物体与观观察者的相对对状态而改变变③惯性系中的的观察者观察察一个与他做做匀速相对运运动的时钟时时，会看到这这个时钟比与与他相对静止止的时钟走得得慢些A．①③是正正确的B．①①②是正确的的C．①②③是是正确的D．②②③是正确的的解析：由爱因斯坦狭狭义相对论可可知，①②③③说法均对，，故选C.答案：C3．对相对论论的基本认识识，下列说A．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了解析：本题考查相对论的基本原理．答案：A4．A、B、C是三个完全相相同的时钟，，A放在地面上，，B、C分别放在两个个高速运