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- 2021-05-25 发布
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选修3-4 第十七章 相对论简介
本章概览
这一章介绍高速物体的运动规律和相对论的时空观。这章的教学有两个特点。 第一,我们平时接触的都
是低速运动,因此本章很多结论与日常经验不一致,难于接受。第二,相对论的全面阐述要用到较多的高等
数学知识,所以这章许多结论都是直接给出的。相对论内容非常抽象,不易理解,但考纲对本章要求不高,
只要记住结论就行。
知识网络
考点剖析
【教学要求】
1.了解相对论的几个基本假设。
2.知道长度、时间的相对性。
3.初步了解相对论速度、质量变换公式。
4.了解爱因斯坦质能关系。
【知识再现】[来源:学.科.网 Z.X.X.K]
相对论简介
相对论的诞生:伽利略相对性原理
狭义相对论的两个基本假设:狭义相对性原理;光速不变原理
时间和空间的相对性:“同时”的相对性
长度的相对性―― 2
0 )(1
c
vll
时间间隔的相对性――
2)(1
c
v
t
相对论的时空观
狭义相对论的其他结论:相对论速度变换公式――
21
c
vu
vuu
相对论质量――
2
0
)(1
c
v
m
m
质能方程
2mcE
广义相对论简介:广义相对性原理;等效原理
广义相对论的几个结论:物质的引力使光线弯曲
引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别
1.惯性系:如果牛顿运 动定律在某个参考系中成立,这个参考系就叫做惯性系.相 对于一个惯性系做
运动的另一个参考系也是惯性系.
2.狭义相对论的两个基本假设
(1)狭义相对性原理: 。
(2)光速不变原理: 。
3.相对论质量
物体以速度 v 运动时的质量 m与静止时的质量 m0之间的关系
2
0
)(1
c
v
mm
4.质能方程:E=mc2
重点突破
知识点一狭义相对论的两个基本假设
1.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.狭义相对性原理:在不同的惯性参考系,一切物理规律都是相同的
3.光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的,光速与光源、观察者间的相对运动没有关
系。
注意:光速与光源的运动和观察者无关。
4.对两个基本原理的正确理解
①自然规律不仅包括力学规律,还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律。
②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动,也不依赖于光的传播方向。
③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速,结果都不违背光速不变原理。
【应用 1】下列说法正确的是 ( )
A.力学规律在任何参考系中都是相同的
B.在所有惯性系中物理规律都是相同的
C.在高速运动情况下,惯性系中的物理规律也不一定相同 D.牛顿运动定律在非惯性系中不变
导示:在所有的惯性参考系中,物理规律都是相同的,在非惯性参考系中,牛顿运动定律不再选用。故选 B
知识点二时间和空间的相对性
1.“同时”的相对性:“同时”是相对的。在一个参考系中看来“同时”的,在另一个参考系中却可能“不同
时”。
理解:由于光速不变,即光速在任何惯性系中都是相同的,那么当另一个惯性系的速度能够和光速相比时,
同时性就是相对的。即在一个惯性系中同时发生的两事件,在另一个惯性系中就不一定是同时发生的。
2.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。即
2
0 )(1
c
vll
式中 l,是与杆相对运动的人观察到的杆长,l0是与杆相对静止的人观察到的杆长。
注意:①在垂直于运动方向上,杆的长度没有变化。
②这种长度的变化是相对的,如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动,与他们一起运动的两位
观察者都会认为对方的杆缩短了。
3.时间间隔的相对性:从地面上观察,高速运动的飞船上时间进程变慢,飞船上的人则感觉地面上的时间进
2)(1
c
v
tt
程变慢。
式中 t 是与飞船相对静止的观察者测得的两事件的时间间隔, t 是地面上观察到的两事件的时间间隔。
4.相对论的时空观:经典物理学认为,时间和空间是脱离 物质而独立存在的,是绝对的,二者之间没有联
系;相对论则认为时间和空间与物质的运动状态有关,物质、时间、空间是紧密联系的统一体。
理解:在速度较低的时候,长度、时间是感觉不出来变化的,所以容易理解为长度、时间与物质之间没有什
么关系,尤其是时间会认为是流逝的均匀的坐标。当速度很大时,长度和时间都跟着变化了,这时对宇宙的
看法也必然要变化,长度和时间与物质是紧密相关的,长度和时间是不能离开物质而独立存在的。长度和时
间随着物质存在的运动状态而变化是更重要的理解。
【应用 2】在地面上有一长 l00m 的跑道,运动员从起点跑到终点,用时 l0s,现从以 0.8C 速度沿跑道向前
飞行的飞船中观察,跑道有多长?
导示:由长度的相对性可知:跑道长
知识点三狭义相对论的其它结论
1.相对论速度变换公式: )/1/( 2cvuvuu 。(式中 v为高速火车相对地的速度,u′为车上的人相对于车
的速度,u 为车上的人相对地面的速度)。对于低速物体 u′与 v 与光速相比很小时,根据公式
u= )/1/()( 2cvuvu 可知错误!不能通过编辑域代码创建对象。<
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