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章末分层突破[自我校对]①狭义相对性②光速不变③leq\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))④eq\f(Δt′,\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))⑤eq\f(m0,\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))⑥mc2狭义相对论1.狭义相对论的基本原理(1)狭义相对性原理:物理规律(力学、电磁学、光学等)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,与光源的运动和观测者的运动无关.2.时间的相对性运动的时钟变慢:Δt=eq\f(Δt′,\r(1-\f(v2,c2))).3.长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比静止时的长度小.公式为l=l0eq\r(1-\f(v2,c2)).如图51所示,列车以速度v匀速运动,在车厢里的人量得车厢高为d,一相对于车厢静止放在地板上的尺子的长度为L0.请思考:图51(1)地面上的人量得的车厢高度为多少?(2)地面上的人测得的尺子的长度为多少?【解析】(1)在垂直于运动方向上长度不变,所以在竖直方向上车厢高度不变,所以地面上的人量得车厢高度为d.(2)由长度的相对性,尺子的长度为:L=L0eq\r(1-\f(v2,c2)).【答案】(1)d(2)L0eq\r(1-\f(v2,c2))解决长度的相对性问题,应当注意1.“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些,这种长度收缩并非幻觉,并非看上去短了,它的确变短了,它与物体的具体组成和结构无关,当物体运动的速度越接近光速,这种收缩效应就变得越显著.2.在具体计算中要明确,长度收缩指的是只在物体运动方向上的长度收缩,在垂直于运动方向上的长度没有变化.广义相对论1.广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理:在任何参考系(包括非惯性系)中物理规律都是相同的.(2)等效原理:匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分.2.广义相对论的时空结构——弯曲时空(1)引力场中,时钟变慢.(2)在与引力垂直的方向上,空间间隔变短,发生了弯曲.下列说法中正确的是()A.光线在引力场中仍沿直线传播B.强引力场作用可使光谱线向红端偏移C.引力场越强的位置,时间进程越慢D.引力场越强的位置,时间进程越快E.由于物质的存在,实际的空间是弯曲的【解析】根据广义相对论的结论,由于太阳引力场的影响,使得光线发生弯曲,A错误.强引力场作用使光的波长变长、频率变低,所以光谱线向红端偏移,B正确.引力场越强的位置,时间进程越慢,所以C正确、D错误.物质的引力使得空间变形,发生弯曲,所以E正确.【答案】BCE1.一艘太空飞船静止时的长度为30m,它以(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等于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cE.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度等于c【解析】飞船上的观测者相对飞船静止,测得飞船的长度为飞船静止时的长度l0=30m,选项A正确;地球上的观测者与飞船有相对运动,测得飞船的长度l=l0eq\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f,c)))2)<l0,故应小于30m,选项B正确;狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理,即飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于c,选项C、D错误,E正确.【答案】ABE2.如图2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2【解析】根据长度的相对性得L=L0eq\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))所以A测得两飞船间的距离L0=eq\f(L,\r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))>L根据狭义相对论的基本假设,光信号的速度为光速c.【答案】大于c(或光速)3.假如一对孪生兄弟A和B,其中B乘坐速度为v=的火箭飞往大角星,而后又飞回地球.根据A在地球上的观测,大角星离地球有40光年远,这次B往返飞行经历时间为年.如果B在离开地球时,他们的年龄都为20岁,则当B回到地球时,A的年龄为________岁,B的年龄为________岁.【解析】设B在火箭
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