1、课时47相对论简介考点一经典相对性原理 基础梳理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成立 疑难详析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考点二狭义相对论的两个假设 基础梳理1爱因斯坦相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的2光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都相同 疑难详析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
2、”发生的两个事件，在另一个惯性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2空间的相对性(1)经典物理学认为：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(2)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，变短越多(3)相对论速度叠加公式：以高速火车为例，车对地的速度为v，车上的人以u的速度沿火车前进的方向相对火车运动，则人对地的速度u ，若人相对火车反向运动，u取负值根据此式若uc，则uc，那么c在任何惯性系中都是相同的考
3、点四广义相对论简介 基础梳理1广义相对论原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的2等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价 疑难详析广义相对论的实验检验：(1)光线在引力场中的弯曲(2)光谱线的引力红移题型一狭义相对性原理的简单应用例1如图1所示，设惯性系K相对于惯性系K以匀速vc/3沿x轴方向运动在K系的xy平面内静止一长为5 m、并与x轴成30角的杆试问：在K系中观察到此杆的长度和杆与x轴的夹角为多大？解析如图2.在K系中，杆在x、y轴上的投影Lx、Ly分别为LxL cos，LyL sin.图图1 图图2式中，L为K系中测得的杆长，即固有长度；为杆与x轴的夹角由于K和K系仅
4、在x轴方向有相对运动，故在K系中，杆在x轴方向的投影Lx有收缩，而在y轴方向的投影Ly则没有变化即在以上两式中，代入题给的数据，我们不难算出在以上两式中，代入题给的数据，我们不难算出L4.79 m，31.48.即在即在K系中观察到这根高速运动的杆长，长度要缩短，系中观察到这根高速运动的杆长，长度要缩短，空间方位也会改变空间方位也会改变题后反思：运动的尺缩短是一种相对效应，只是沿运动方向的尺缩短满足ll ，而与运动方向成任意角度的尺子的变化规律很复杂，只能是通过水平和竖直两个方向来限定其他的总之应深刻理解长度缩短的公式，熟练应用惯性系S中有一边长为l的正方形(如图3所示)，从相对S系沿x方向以接
5、近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是_图图3解析：由相对论知识可知，沿运动方向，物体的长度将变短，而其他方向物体长度不会发生变化，因此，C正确，ABD错误答案：C题型二质速关系的应用例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观察，甲电子向右运动，乙电子向左运动若以乙电子为“静止”参考系，即O系，实验室(记为O系)就以0.8c的速度向右运动O系相对于O系速度u0.8c(如图4)甲电子相对于O系的速度为u0.8c.图图4题后反思：对于速度接近光速的运动
6、物体之间的相对运动和相对速度，不能应用经典物理学中惯性参考系下速度的叠加法则，而应该运用相对论的速度合成公式u 来解决这一点对于初学者来说，很难理解，必须从思维上走出低速运动物体速度合成的误区 一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同求电子相对于实验室参考系的速度答案：答案：0.817c题型三质能方程的应用例3联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献对于爱因斯坦提出的质能方程Emc2，以下看法中正确的是 ()AEmc2表明物体具有的能量与其质量成正比BEmc2中的E表示发
7、生核反应过程中释放的核能C根据Emc2可以计算核反应中释放的核能DEmc2表示发生的质量亏损m转变为能量E释放出来解析爱因斯坦质能方程Emc2表明物体具有的总能量与它的质量之间存在正比关系，并不是指核反应过程中释放的核能，故选项B错误Emc2中的m不一定是指质量亏损，也可能是增加的质量，它描述的是m与E的对应关系故选项D错误答案AC题后反思：在核反应中亏损的质量与释放的能量之间存在着Emc2的对应关系，质能方程Emc2表明物体具有的总能量与它的质量之间存在正比关系，并不是指核反应过程中释放的核能，也并不能说明质量与能量之间可以相互转化，仅说明质量与能量之间存在着一种对应关系一个轴核衰变为钍核时
8、释放放出一个粒子，已知轴核的质量为3.8531311025 kg，钍核的质量为3.7865671025 kg，粒子的质量为6.646721027 kg，在这个衰变过程中释放出的能量等于_J(保留两位有效数字)解析：设核反应前的质量和能量分别为m1、E1，则：E1m1c2，设核反应后的质量和能量分别为m2、E2，则：E2m2c2，两式相减得：Emc2mU(mThm)c23.853131(3.7865670.0664672)1025(3108)2 J8.71013 J.答案：8.710131(2009江苏高考)如图5所示，强强乘坐速度为0.9 c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5 c强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为_图5A0.4 c B0.5 cC0.9 c D1.0 c解析：根据真空中光速不变的原理，观察到光速不变为c.答案：D2设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动的时的质量等于其静止的质量的_倍，粒子运动速度是光速的_倍3人马星座星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.31016 m设有一宇宙飞船自地球往返于人马星座星之间若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多少时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多少？答案：答案：9年年0.4年年
