高中物理选修3-4相对论知识点
人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介 全单元课堂精品课件
中的光速都是一个常量，c＝3.0×108米/
秒，与传播的方向无关，与光源的速度
也无关。
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作业 ❖P100 1 2 3
13
第二节 时间和空间的相对性
14
❖ 经典的时空概念
❖ 我们在学习力学时，总要涉及时间间隔和空间 距离的计算或测量。早在牛顿建立经典力学时，
就考虑并形成了绝对时空的概念。他认为全宇
Δt=
H v
0
=
3.84×108 0.3×3.0×108
=
4.27s
在飞船上测量，地球到月球的距离H为
H=H0 1
v2 c2
= 3.84×ห้องสมุดไป่ตู้02
1-0.32
= 3.67×108m
在飞船上测量，飞船的旅行时间为：
Δt′ =
H v
=
3.67×108 0.3×3.0×108
=
4.08s
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结束 目录
飞船的飞行时间也可以这样求得：对于飞船 上的观察者来说，从地球出发及到达月球这两事 件都发生在飞船上，他所测得的时间为固有时间
练习2 假设宇宙飞船从地球射出，沿直线 到达月球，距离是3.84×108m，它的速率 在地球上被量得为0.30c。根据地球上的时 钟，这次旅行花多长时间？根据宇宙飞船所 做的测量，地球和月球的距离是多少？怎样 根据这个算得的距离，求出宇宙飞船上时钟 所读出的旅行时间？
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结束 目录
解：设地球至月球的距离为H0,飞船的速度为v,地 球上的观察者测得飞船从地球到月球的时间为Δt
❖ 从麦氏方程组中解出的光在真空中的传播速度与光源的
速度无关。如果光波也和声波一样，是靠一种媒质(以
太)传播的，那么光速相对于绝对静止的以太就应该是
物理人教版高二选修3-4教材梳理_第十五章_3.狭义相对论的其他结论4.广义相对论简介_word版含解析
疱丁巧解牛知识·巧学一、狭义相对论的其他结论 1.相对论速度变换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=2'1'cv u vu ++，若人相对火车反方向运动，u′取负值. 根据此式若u′=c ，则u=c ，那么c 在任何惯性系中都是相同的.深化升华 （1）当u′=c 时，不论v 有多大，总有u=c ，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的，这与相对论的第二个假设光速不变原理相一致.（2）对于速度远小于光速的情形，v<<c ，u′<<c ，这时2'cvu 可以忽略不计，相对论的速度合成公式可以近似变为u=u′+v.联想发散 相对论并没有推翻牛顿力学，也不能说牛顿力学已经过时了，相对论是使牛顿力学的使用范围变得清楚了. 2.相对论质量以速度v 高速运动的物体的质量m 和静止时的质量m 0.有如下关系：m=20)(1cv m -.质量公式实际上是质量和速度的关系，在关系m=20)(1cv m -中，若v=c ，则m 可能是无限大，这是不可能的，尤其是宏观物体，设想物体由v=0逐渐向c 靠拢，m 要逐渐变大，产生加速度的力则要很大，所以能量也要很大.因此，宏观物体的速度是不可能（在目前）增大到与光速相比.但是对于一些没有静止质量的粒子（如光子），它却可以有动质量m.深化升华 （1）物体的质量随速度的增大而增大；（2）物体运动的质量总要大于静止质量. 误区警示 不要盲目从公式中得出，v=c 时，质量是无穷大的错误结论. 3.质能方程(1)爱因斯坦方程：E=mc 2.(2)质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应. (3)对一个以速率v 运动的物体，其总能量为动能与静质能之和：E=E k +E 0.那么物体运动时的能量E 和静止时能量E 0的差就是物体的动能，即E k =E-E 0. 代入质量关系：E k =E-E 0=220)(1cv c m --m 0c 2=21m 0v 2. 误区警示 不能把质量和能量混为一谈，不能认为质量消灭了，只剩下能量在转化，更不能认为质量和能量可以相互转变，在一切过程中，质量和能量是分别守恒的，只有在微观粒子的裂变和聚变过程中有质量亏损的情况下才会有质能方程的应用. 二、广义相对论简介1.广义相对性原理和等效原理（1）广义相对性原理：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.深化升华 一个物体受到使物体以某一加速度下落的力，如果不知道该力的来源，就没有办法判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力. 2.广义相对论的几个结论（1）光线弯曲：根据电磁理论和经典光学，在无障碍的情况下，光线是直线传播.但按照爱因斯坦的广义相对论，在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的.（2）引力红移：根据爱因斯坦的广义相对论，在强引力场中，时钟要走得慢些.因此，光在引力场中传播时，它的频率或波长会发生变化.理论计算表明，氢原子发射的光从太阳（引力强度大）传播到地球（引力强度小）时，它的频率比地球上氢原子发射的光的频率低，这就是引力红移效应.典题·热题知识点一 相对论速度例1地球上一观察者，看见一飞船A 以速度2.5×108 m/s 从他身边飞过，另一飞船B 以速度2.0×108 m/s 跟随A 飞行.求：（1）A 上的乘客看到B 的相对速度； （2）B 上的乘客看到A 的相对速度. 解析：运用相对论速度公式u=2'1'cv u vu ++可解. 答案：（1）-1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s 知识点二 相对论质量例2一个原来静止的电子，经过100 V 的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？这时能不能使用公式E k =21m 0v 2? 解析：由动能定理可以计算出电子被加速后的动能，再根据E k =mc 2-m e c 2计算质量的变化. 答案：加速后的电子的动能是E k =qU=1.6×10-19×100 J=1.6×10-17 J. 因为E k =mc 2-m e c 2，所以m-m e =E k / c 2.把数据代入得e e m m m -=2831--17)10(3109.1101.6⨯⨯⨯⨯=2×10-4. 即质量改变了0.02％.这说明在100 V 电压加速后，电子的速度与光速相比仍然很小，因此可以使用E k =21mv 2这个公式.由E k =21mv 2可得电子的速度v=m E k 2=31--17109.1101.62⨯⨯⨯ m/s≈5.9×106 m/s. 知识点三 质能方程例3一核弹含20 kg 的钚，爆炸后生成的静止质量比原来小1/10 000.求爆炸中释放的能量. 解析：由爱因斯坦质能方程可解释放出的能量. 答案：爆炸前后质量变化：Δm=100001×20 kg=0.02 kg释放的能量为ΔE=Δmc 2=0.002×(3×108)2 J=1.8×1014 J. 方法归纳 一定的质量总是和一定的能量相对应.例4两个电子相向运动，每个电子相对于实验室的速度都是54c ，在实验室中观测，两个电子的总动能是多少？以一个电子为参考系，两个电子的总动能又是多少？解析：计算时由电子运动的能量减去静止时的能量就得到电子的动能.若以其中一个电子为参考系，另一个电子相对参考系的质量应当由质速方程求出，但相对速度应当为两个电子的相对速度.答案：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54c 的速度向右运动，即O′系相对于O 系的速度为v=54c.甲电子相对于O′系的速度为u′=54c.这样，甲电子相对于乙电子的速度就是在O 系中观测到的电子的速度ｕ，根据相对论的速度合成公式，这个速度是u=2'1'c v u v u ++=2545415454c cc cc ⨯++=4140 c. 在实验室中观测，每个电子的质量是m′=2)(1c v m e -=2)54(1cc m e -=35m e .在实验室中观测，两个电子的总动能为E k 1=2(m′c 2-m e c 2)=2×(35m e c 2-m e c 2)=34m e c 2. 相对于乙电子，甲电子的质量是m″=2)4140(1cc m e -=4.56m e因此，以乙为参考系，甲电子的动能为E k2=m″c 2-m e c 2=4.56m e c 2-m e c 2=3.56m e c 2 问题·探究 思想方法探究问题 被回旋加速器加速的粒子能量能无限大吗？ 探究过程：这种问题只能从相对论理论出发进行探究.由相对论质量公式 m=20)(1cv m -看出，当粒子的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量.当加速时粒子做圆周运动的周期必须和交变电压的周期相同，而当交变电压周期稳定时，粒子的速度越来越大，而速度大，半径也大，本不应影响其周期，但是速度大，其运动质量变大，周期也变大了，于是不再同步，所以其能量受到限制，不能被无限加速.探究结论:被回旋加速器加速的粒子能量不能无限大. 交流讨论探究问题 假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？ 探究过程:郑小伟：宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行.两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力.宋涛：实际上，不仅是自由落体的实验，飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们，飞船到底是加速运动，还是停泊在一个行星的表面.张小红：这个事实告诉我们：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的.这就是爱因斯坦广义相对论的第二个基本结论，这就是著名的“等效原理”.探究结论:宇航员没有任何办法来判断，使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力.即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的. 交流讨论探究问题 对相对论几个结论的理解. 探究过程:李兵：从运动学的角度进行理解，根据光速不变原理可知光速与任何速度的合成都是光速，速度合成法则不再适用，光速是极限速度.从动力学的角度进行理解，质量是物体惯性大小的量度.随着物体速度的增大，质量也增大，当物体的速度趋近于光速c 时，质量m 趋向无限大，惯性也就趋向无限大，要使速度再增加，就极为困难了.这时，一个有限的力不管作用多长时间，速度实际上是停止增加了.这与速度合成定理u=2'1'cv u vu ++是吻合的，当u′=c 时，不论v 有多大，总有u=c ，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的.刘晓伟：根据爱因斯坦质量和速度的关系：m=20)(1cv m -可知，物体的运动的极限速度是光速，当静止质量不为零时，物体的速度永远不会等于光速，更不会超过光速.对于速度达到光速的粒子（如光子），其静止质量一定为零.张兵：对于速度远小于光速的情形，v<<c ，u′<<c ，这时2'cvu 可以忽略不计，相对论的速度合成公式可以近似变为u=u′+v，相对论质量m=m0，不表现为尺缩效应和钟慢效应，所以牛顿力学是在低速情况下相对论的近似结论.探究结论:光速是运动物体的极限速度，对不同的参考系物体的质量是不同的，光子不会有静止质量.在低速情况下，牛顿力学是相对论结论的近似.。
高二物理人教版选修3-4课件：第十五章 相对论简介
高中物理课件
相对论简介
第十五章
学案3
章末总结
网络构建
专题整合
自我检测
相对论简介
网络构建 狭义相对性原理： 在不同的惯性参考系中，一
狭
义 相 对 论
两个基
切物理规律都是相同的 光速不变原理： 真空中的光速在不同惯性参考 系中都是相同的
本假设
几个重 “同时”是相对的 要结论 长度是相对的,长度的相对性公式l＝
自我检测 自我检测 图1
梭镖穿过管子的情况的是(
)
A.梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B.管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来 C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住 梭镖
Байду номын сангаас
D.所有这些都与观察者的运动情况有关
1 2 3 4
解析 长度的相对性公式l＝ l0
l0
v2 1－c
时间间隔是相对的，时间间隔的相对性公式Δt＝
Δτ
狭 义 相 对 论 相对论质量关系式m＝
v2 1－ c
几个重
要结论 相对论速度变换公式u＝
u′＋v u′v 1＋ c 2 m0 v2 1－c
mc2
爱因斯坦质能方程E＝
广义相对性原理： 在任何参考系中，物理规律 广
两个基
答案 8.05×10－2
三、相对论速度变换公式
相对论速度变换公式：设车对地面的速度为 v，车上人对车的 u′＋v 速度为 u′,车上人相对于地面的速度为 u,则 u＝ ；如 u′v 1＋ c2 果车上人运动方向与车运动方向相同，u′取正值，如果车上 人的速度与车运动方向相反，u′取负值.
最新人教版高中物理选修3-4第十五章《相对论》本概览
第十五章相对论
本章概览
三维目标
通过实例，了解经典力学的发展历程和成就，体会经典力学创立的价值与意义；初步了解相对论时空观中的基本观点，知道相对论对人类认识高速世界的影响，了解科学的探索过程，体会科学研究方法对人们认识自然的重要性，举例说明物理学的进展对自然科学的促进作用.
理解相对论的质量与速度的关系、质量与能量的关系，并能进行相关计算，了解狭义相对论的实验基础、基本原理及相对论时空观，了解相对论中的动量、质量和能量以及质能关系.
经历科学家建立相对论的思维探索过程，认识科学思维的意义，学习科学的思维方法，从中体验成功的乐趣.了解广义相对论的基本原理和结论，了解宇宙的发展历程，领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，体会科学、技术与社会之间的互动关系. 知识网络。
最新人教版高中物理选修3-4第十五章《相对论简介》本小结
复习巩固知识网络⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧-==-='++'=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧广义相对论的几个结论等效原理广义相对性原理广义相对论相对论动能质能方程运动物体的质量相对论速度变换公式狭义相对论的几个结论相对论的时空观时间间隔的相对性长度的相对性的相对性同时时间和空间的相对性光速不变原理狭义相对性原理假设狭义相对论的两个基本相对论2022202)(11""c m m c E m c E c v m m c v u v u u k 重点突破一、时间间隔的相对性【例1】 在惯性系S 中观察到有两个事件发生在某一地点，时间间隔为4.0 s 。
从另一惯性系S′观察到这两个事件发生的时间间隔为6.0 s 。
问从S′系测量到这两个事件的空间间隔是多少？(设S′系以恒定速率相对S 系沿x 轴运动。
)解析：由题意知，两个事件的固有时间间隔为在S 系中的时间间隔Δt=4.0 s 。
由时间膨胀可得在S′系中两个事件的时间间隔为： Δt′=Δt/2)(1c v -,所以，S′系相对于S 系的运动速度为：v=［1-(Δt/Δt′)2］1/2c=［1-(4/6)2］1/2c 3595c c ==。
由洛伦兹变换式可得在S′系测量这两个事件的空间间隔是： Δx′=t v c v t v c v tv x '∆-=-∆-=-∆-∆22)/(1)/(1 =35×3.0×108×6.0 m=1.34×109 m 。
答案：1.34×109 m【例2】 若有一宇航员，乘速度为1 000 km/s 的火箭，经40 h 到某行星，求宇航员和地面上的观察者所得的时间测量值的差有多大？解析：由2)(1cv T t -∆=∆并且，时间测量值的差为Δt′=ΔT -Δt 代入数据得；Δt′=0.8 s 。
高中物理人教版选修3-4广义相对论简介
广义相对论简介教学目标知识与技能：〔1〕了解广义相对论基本原理广义相对性原理和等效原理〔2〕广义相对论主要结论物质的引力使光线弯曲和强引力场附近的时间进程会变慢〔3〕介绍广义相对论的实验验证过程与方法：〔1〕了解爱因斯坦思考和推演广义相对论思维过程情感态度和价值观：〔1〕体会在宇宙中人类的渺小和科学的巨大力量教学重点、难点1、广义相对性原理和等效原理2、广义相对论的主要结论：引力使光线弯曲和强引力场附近的时间进程会变慢教学方法阅读、讲解、小结教学手段多媒体课件教学活动一、超越狭义相对论的思考爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：1、引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架；2、非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系。
它们是促成广义相对论的前提。
二、广义相对性原理和等效原理引导学生在前述背景介绍下，思考怎样来解决这两个问题。
爱因斯坦考虑要解决第二个问题，必须去掉惯性系在相对论理论中的特殊地位，把相对性原理从“任何惯性系平权〞推广到“包括非惯性系在内的任意参考系(即包括惯性系和非惯性系)平权〞。
三、广义相对论几个结论以及相关实验验证从广义相对论两个基本原理出发，爱因斯坦预见性地提出了验证这一理论的几个著名实验。
①光线经过强引力场中发生弯曲介绍物质的引力使时空弯曲，弯曲的时空又使光线弯曲的事实。
如1919年5月29日，发生日全食期间，科学家成功地观测到了太阳背后恒星发出的光线经过太阳附近发生弯曲的现象，并拍得了太阳背后恒星的照片。
从而确认广义相对论的结论是正确的。
这是广义相对论创立以来最早得到科学界认同的最重大的成果。
到目前为止科学家对400多颗恒星作了测量，射电天文学的发展使人类不用等日全食发生也能在地球上进行精度很高的观测，且与理论值符合。
②引力红移了解引力导致时空弯曲，按照相对性原理，空间效应与时间效应是互相影响的，在发生空间弯曲效应的同时，时间膨胀效应也发生了。
人教版高中物理选修3-4知识点整理及重点题型梳理] 相对论简介
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人教版高中物理选修3-4知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习相对论简介【学习目标】1．理解经典的相对性原理．2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾．3．理解狭义相对论的两个基本假设．4．理解同时的相对性．5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性．6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的7．知道相对论的速度叠加公式．8．知道相对论质量．9．知道爱因斯坦质能方程．10．知道广义相对性原理和等效原理．11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证．【要点梳理】【相对论简介】要点一、相对论的诞生1．惯性系和非惯性系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．相对于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．即任何惯性参考系都是平权的．这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．3．麦克尔逊—莫雷实验（1）实验装置，如图所示．（2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动．（3）实验原理：如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明暗相间的条纹．如果射向1M 和2M 的光速不相同，就会造成干涉条纹的移动．我们知道地球的运动速度是很大的，当我们将射向M 的光路逐渐移向地球的运动方向时，应当看到干涉条纹的移动，但实际结果却看不到任何干涉条纹的移动．因此，说明光在任何参考系中的速度是不变的，它的速度的合成不满足经典力学的法则，因此需要新的假设出现，为光速不变原理的提出提供有力的实验证据．（4）实验结论：光沿任何方向传播时，相对于地球的速度是相同的．4．狭义相对论的两个基本假设（1）狭义相对性原理．在不同的惯性参考系中，一切物理定律总是相同的．（2）光速不变原理．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．【相对论简介】要点二、时间和空间的相对性1．“同时”是相对的A B 、两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关．汽车以较快的速度匀速行驶，车厢中央的光源发出的闪光，对车上的观察者，这个闪光照到车厢前壁和后壁的这两个事件是同时发生的．对车下的观察者，他观察到闪光先到达后壁后到达前壁．这两个事件是不同时发生的．2．长度的相对性（尺缩效应）长度的测量方法：同时测出杆的两端M N 、的位置坐标．坐标之差就是测出的杆长．如果与杆相对静止的人认为杆长为l．与杆相对运动的人认为杆长为l．则l l=一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，而在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．3．时间间隔的相对性（钟慢效应）某两个事件在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔不一样．在与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ∆，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为t∆．t∆=．4．相对论的时空观相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关．经典物理则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有什么联系．虽然相对论更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．【相对论简介】要点三、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式相对论认为，如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v，车上的人以速度u＇沿着火车前进的方向相对火车运动，那么这个人相对地面的速度2''1u v u u v c+=+． 理解这个公式时请注意：（1）如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反，则u ＇取负值．（2）如果v c ，'u c ，这时2'u v c 可忽略不计，这时相对论的速度合成公式可近似变为u u v =+＇（3）如果u ＇与v 的方向相垂直或成其他角度时，情况比较复杂，上式不适用．2．相对论质量相对论中质量和速度的关系为m =理解这个公式时请注意：（1）式中0m 是物体静止时的质量（也称为静质量），m 是物体以速度v 运动时的质量．这个关系式称为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大而增大．（2）v c 时，近似地0m m =．（3）微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于光子质量．例如回旋加速器中被加速的粒子质量会变大，导致做圆周运动的周期变大后，它的运动与加在D 形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制．3．质能方程爱因斯坦质能关系式：2E mc =．理解这个公式请注意：（1）质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应．（2）静止物体的能量为200E m c =，这种能量叫做物体的静质能．每个有静质量的物体都具有静质能．（3）对于一个以速率v 运动的物体，其动能222001)k E m c mc m c =-=-．（4）物体的总能量E 为动能与静质能之和，即20k E E E mc =+=（m 为动质量）．（5）由质能关系式可知2E mc ∆=∆．∆=（6）能量与动量的关系式E【相对论简介】要点四、广义相对论、宇宙学简介1．狭义相对论无法解决的问题（1）万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架．（2）惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位．2．广义相对论的基本原理（1）广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理从匀速和静止参考系推广到做加速运动的参考系，认为所有的参考系都是平权的，不论它们是惯性系还是非惯性系，对于描述物理现象来说都是平等的．（2）等效原理：在物理学上，一个均匀的引力场等效于一个做匀加速运动的参考系．3．广义相对论的几个结论（1）光线在引力场中偏转：根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越厉害．通常物体的引力场都太弱，但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲．（2）引力红移：按照广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．例如，在强引力的星球附近，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象．光谱线的这种移动是在引力作用下发生的，所以叫“引力红移”．（3）水星近日点的进动：天文观测显示，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点（或远日点）有进动（行星绕太阳一周后，椭圆轨道的长轴也随之有一点转动，叫做“进动”），这个效应以离太阳最近的水星最为显著．广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所证实．还有其他一些事实也支持广义相对论．目前，广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥主要作用．（4）时间间隔与引力场有关，引力场的存在使得空间不同位置时间进程出现差别．（5）杆的长度与引力场有关．空间不是均匀的，引力越大的地方，长度越小．4．大爆炸宇宙学宇宙起源于一个奇点，在该奇点，温度为无穷大，密度为无穷大，空间急剧膨胀，即发生宇宙大爆炸．之后，宇宙不断膨胀，温度不断降低，大约经历200亿年形成我们今天的宇宙．宇宙还处于膨胀阶段，未来将会怎样演化，目前还不能完全确定．要点五、本章知识结构要点六、专题总结1．时空的相对性（1）“同时”的相对性：在经典的物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的两个假设，同时是相对的．（2）“长度”的相对性：①如果与杆相对静止的人认为杆长是0l ，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间的关系为：l l = ②一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．（3）“时间间隔”的相对性：运动的人认为两个事件时间间隔为τ∆，地面观察者测得的时间间隔为t ∆，则两者之间关系为：t ∆=．2．质速关系与质能关系（1）质速关系物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量0m 之间的关系：m =（2）质能关系①相对于一个惯性参考系以速度v 运动的物体其具有的相对论能量2E mc ===．其中200E m c =为物体相对于参考系静止时的能量．②物体的能量变化E ∆与质量变化m ∆的对应关系：2E mc ∆∆=．【典型例题】类型一、相对论的诞生例1如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一质量为 5 kg m =的小球，正随车厢一起以20 m/s 的速度匀速前进．现在给小球一个水平向前的 5 N F =的拉力作用，求经过10 s 时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？【思路点拨】力学规律在任何惯性系中都是相同的．【答案】见解析【解析】对车上的观察者：物体的初速00v =，加速度21m/s F a m==， 经过10 s 时速度110 m/s v at ==．对地上的观察者解法一：物体初速度020 m/s v =，加速度相同21m/s F a m==． 经过10 s 时速度2030 m/s v v at =+=．解法二：根据速度合成法则()210 1020 m/s 30 m/s v v v =+=+=．【总结升华】在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s ，另一个30 m/s ，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则．也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的．例2 考虑几个问题：（1）如图所示，参考系O ＇相对于参考系O 静止时，人看到的光速应是多少？（2）参考系O ＇相对于参考系O 以速度v 向右运动，人看到的光速应是多少？（3）参考系O 相对于参考系O ＇以速度v 向左运动，人看到的光速又是多少？【答案】三种情况都是c ．【解析】根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c ，第二种情况应是c v +，第三种情况应是c v -，此种解法是不对的，而根据狭义相对论理论知，光速是不变的，都应是c ．【总结升华】麦克耳孙——莫雷实验证明了光速在任何惯性参考系中的速度是不变的，对于高速物体，伽利略速度合成法则不再适用．类型二、时间和空间的相对性例3（2014 长沙模拟)(1)某火箭在地面上的长度为L 0，发射后它在地面附近高速(约0.3c )飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是________。
人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介基础知识梳理
第十五章 相对论简介
15. 1 相对论的诞生 一、经典的相对性原理 1.惯性系与非惯性系 (1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系就叫惯性系。
地面参考系是惯性系,相对于它做匀速运动的汽车、轮船作为参考系也是惯性系。 (2)非惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中不成立,这个参考系就叫非惯性系。
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是相同的,光速与光源观察者间的相对运 动没有关系。在两个假设的基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论 四、对光速不变原理的理解 1.真空中的光速不变
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,光速与光源、观察者间的相对 运动没有关系。 2.“超光速”不存在
这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设,这个假设是狭义相对论的基础. 之所以称为假设,是因为它只根据迈克耳孙一莫雷实验有限的几次实验提出的,还没 有经过数学的逻辑推理在大量的结论跟事实相符后,就成为狭义相对论原理。
第十五章 相对论简介
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知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。--培根 15.2 时间和空间的相对性
车上的观察者认为：闪光从光源到前壁和后壁的距离相等,根据光速不变原理,闪 光同时到达前后两壁;车下的观察者认为：闪光从光源到后壁的距离比到前壁的距离 短，根据光速不变原理,闪光先到达后壁,后到达前壁。
二、长度的相对性 1.两种观点对“长度”的认识 (1)经典的时空观: 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)相对论的时空观: “长度”也具有相对性,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,但在垂直于运动方向上,杆的长度没有变化。 2.狭义相对论的长度变换公式
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高中物理选修3-4相对论知识点
相对论是物理选修3-4的重点内容，高中学生要了解哪些知识点?下面店铺给大家带来高中物理相对论知识点，希望对你有帮助。
高中物理相对论知识点
一、狭义相对论的基本假设;狭义相对论时空观与经典时空观的区别
爱因斯坦狭义相对性原理的两个基本假设：
⑴狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的。
⑵光速不变原理：在不同的惯性参考系中，真空中的光速都是相同的。
即光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。
相对论的时空观：
经典物理学的时空观(牛顿物理学的绝对时空观)：时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有任何联系。
相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观)：空间和时间都与物质的运动状态有关。
相对论的时空观更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论的特例，在宏观低速运动时仍将发挥作用。
二、同时的相对性、长度的相对性、质能关系
时间和空间的相对性(时长尺短)
1.同时的相对性：指两个事件，在一个惯性系中观察是同时的，但在另外一个惯性系中观察却不再是同时的。
2.长度的相对性：指相对于观察者运动的物体，在其运动方向的长度，总是小于物体静止时的长度。
而在垂直于运动方向上，其长度保持不变。
长度收缩公式：
3.时间间隔的相对性：指某两个事件在不同的惯性系中观察，它们发生的时间间隔是不同的。
高中物理选修3-4知识点
1、机械振动：
物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。
机械振动产生的条件是：
①回复力不为零;
②阻力很小。
使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在具体问题中要注意分析什么力提供了回复力。
2、简谐振动：
在机械振动中最简单的一种理想化的振动。
对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解：
①物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。
②物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动。
3、描述振动的物理量
研究振动除了要用到位移、速度、加速度、动能、势能等物理量以外，为适应振动特点还要引入一些新的物理量。
⑴位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段叫做位移。
位移是矢量，其最大值等于振幅。
⑵振幅A：做机械振动的物体离开平衡位置的最大距离叫做振幅，振幅是标量，表示振动的强弱。
振幅越大表示振动的机械能越大，做简揩振动物体的振幅大小不影响简揩振动的周期和频率。
⑶周期T：振动物体完成一次余振动所经历的时间叫做周期。
所谓全振动是指物体从某一位置开始计时，物体第一次以相同的速度方向回到初始位置，叫做完成了一次全振动。
高中物理选修3-4重点知识点
简谐运动图象描述振动的物理量
(1)直接描述量：
①振幅A;②周期T;③任意时刻的位移t.
(2)间接描述量：
(3)从振动图象中的x分析有关物理量(v，a，F)
简谐运动的特点是周期性。
在回复力的作用下，物体的运动在空间上有往复性，即在平衡位置附近做往复的变加速(或变减速)运动;
在时间上有周期性，即每经过一定时间，运动就要重复一次。
我们能否利用振动图象来判断质点x，F，v，a的变化，它们变化的周期虽相等，但变化步调不同，只有真正理解振动图象的物理意义，才能进一步判断质点的运动情况。
机械波的特点
⑴每一质点都以它的平衡位置为中心做简振振动;后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。
⑵波只是传播运动形式(振动)和振动能量，介质并不随波迁移。
横波的图象
用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。
简谐波的图象是正弦曲线，也叫正弦波。
简谐波的波形曲线与质点的振动图象都是正弦曲线，但他们的意义是不同的。
波形曲线表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移，振动图象则表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移。