第6章经典力学与现代物理6.2狭义相对论的基本原理学案沪科版必修2
物理沪科版必修2学案：第6章6.2狭义相对论的基本原理 6.3爱因斯坦心目中的宇宙 含解析 精品
6.2狭义相对论的基本原理6.3爱因斯坦心目中的宇宙问题导学一、对两个奇特效应的理解活动与探究1时间延缓效应是指被观测的过程节奏变慢了吗？为什么我们平时观察不到长度收缩的效应呢？迁移与应用1一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞过。
（1）火箭上的人测得火箭的长度应为多少？（2）观察者测得火箭的长度应为多少？（3）如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？时间延缓效应与长度收缩效应的应用方法明确时间间隔的相对性公式中各量的含义，Δt是在“静止的参考系”（通常将观察者所在的参考系看成是静止的）中测得的时间差，Δt′是在相对于“静止参考系”为v的“运动参考系”中测得的时间差。
（1）“钟慢效应”或“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。
（2）运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了。
二、对质速公式和质能方程的理解活动与探究2根据相对论，我们应该怎样理解质速关系和质能关系？迁移与应用2太阳内部不停地发生着剧烈的热核反应，在不断地辐射能量，因而其质量也不断地减少。
若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026 J，试计算太阳在一秒内失去的质量。
估算5 000年内总共减少了多少质量？并求5 000年内减少的质量与太阳的总质量2×1027 t的比值。
对质能方程的理解（1）相对论中，质量与能量是物质不可分离的属性。
（2）任何质量m都对应一定的能量mc2，即任何静止时质量不为零的物体，都贮存着巨大的能量。
答案：AD解析：狭义相对论的基本假设相对性原理与光速不变原理均建立在惯性参考系的基础上，故A、D正确，B、C错误。
物理必修ⅱ沪科版6.2狭义相对论的基本原理课件.
2
你读过普希金关于“运动”
的一首诗吗？
下面请你读读，体会其中的
哲理。
看看您从中能得到什么启示。
3
世界上没有运动， 一个满腮胡须的哲人说。 另一个哲人不开口， 却在他面前来回地走。 他这个反驳真再有力不过。 人们都赞美这个奥妙的答复。 可是，先生们， 这个有趣的事件， 使我想起了另外一个例子： 谁都看见太阳每天在我们的头上走， 然而正确的却是固执的伽利略。
那么请问我们应该按照那一种理论来计算呢？ 你认为答案应该是什么？
答案：(1)、(2)、(3)三种情况B测得的光速均为c。
26
Байду номын сангаас7
28
29
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
时空观的重大变革
14
15
16
17
18
19
20
AD
21
B
22
C
23
?
24
• （1）如果参考系O′相对参考系O静止，那么 观察者B测得的光速是多少？ • （2）如果参考系O′相对参考系O以大小为v 的速度向右做匀速直线运动， 那么观察者B
测得的光速是多少？
• （2）如果参考系O′相对参考系O以大小为v 的速度向左做匀速直线运动，那么观察者B 测得的光速是多少？
25
分析：
如果按照经典力学的速度合成公式进行运算，
那么：（1）测得的光速c; （2）测得的光速c-v; （3）测得的光速c+v 如果根据狭义相对论的光速不变原理来推断，
那么三种情况下测得的光速均为c。
《狭义相对论的基本原理》 学历案
《狭义相对论的基本原理》学历案一、学习目标1、理解狭义相对论的两条基本原理：相对性原理和光速不变原理。
2、能够运用狭义相对论的基本原理解释一些相关的物理现象。
3、了解狭义相对论对经典物理学的变革和影响。
二、知识回顾在学习狭义相对论之前，我们先来回顾一下经典物理学中的一些重要概念和规律。
牛顿力学是经典物理学的重要组成部分，它认为时间和空间是绝对的，彼此独立且不受物质运动的影响。
物体的运动遵循牛顿运动定律，力是改变物体运动状态的原因。
麦克斯韦方程组描述了电磁场的性质和规律，预言了电磁波的存在，并指出电磁波在真空中的传播速度是一个常数，即光速 c。
然而，经典物理学在解释一些与高速运动和微观世界相关的现象时遇到了困难，这促使了相对论的诞生。
三、狭义相对论的基本原理1、相对性原理相对性原理指出，物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。
这意味着不存在一个绝对静止的参考系，所有的惯性参考系都是平等的。
举个例子来说，如果在一辆匀速行驶的火车上进行一个物理实验，比如测量小球的下落时间，那么在火车上的观察者和站在地面上的观察者所得到的结果应该是相同的，只要他们都正确地考虑了相对运动的影响。
相对性原理打破了牛顿力学中绝对空间和绝对时间的观念，让我们认识到时间和空间的测量结果会因参考系的不同而有所差异。
2、光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的另一个核心原理。
它表明真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，与光源和观察者的相对运动无关。
这与我们日常生活中的经验似乎有所不同。
在经典力学中，如果一个人在一辆行驶的车上向前扔一个球，对于站在地面上的人来说，球的速度是车的速度加上球相对车的速度。
但对于光来说，无论光源是静止的还是运动的，光在真空中的速度始终是 c。
为了更好地理解光速不变原理，我们可以想象一个情景：假设你坐在一辆以接近光速行驶的飞船上，打开手电筒向前照射，这时你测量到的手电筒发出的光的速度仍然是 c，而不是 c 加上飞船的速度。
高中物理狭义相对论的基本原理知识探讨 沪科版 必修2
高中物理狭义相对论的基本原理知识探讨沪科版必修2合作与讨论1.在匀速前进的车厢中自由下落一小球，请思考:(1)小球相对于车厢内静止的观察者做什么运动？(2)小球相对于地面上静止的观察者做什么运动？(3)由此你可得到什么结论？2.让两小球从同一高度，同时自由落下，请思考：(1)以地面为参考系，两球做什么运动？(2)以其中一球为参考系，另一球做什么运动？此时对该球运动的描述还符合牛顿运动定律吗？(3)你对此有怎样的理解？3.如图a所示，假设一列火车以速度v1匀速前进，车厢内一乘客以速度v2走向车头.请思考：图a(1)对站台上的观察者来说乘客的速度是多少？(2)如果乘客的速度与火车的速度方向相反，对站台上的观察者来说乘客的速度是多少？4.在图b中，车厢后部有一个光源，火车速度为v1，光的传播速度为c，实验发现对于站台上的观察者来说光的传播速度仍为c.请思考：图b(1)该实验事实与经典力学的速度合成法则产生了怎样的矛盾？(2)爱因斯坦如何解决了该问题？我的思路:1.小球相对于车厢内静止的观察者做自由落体运动；相对于地面上静止的观察者做平抛运动.由此可以得到选择不同的参考系对同一运动的描述往往会有所不同.2.以地面为参考系，两球都做自由落体运动；以其中一球为参考系，另一球将保持静止.它虽然受到重力的作用，却保持静止，所以对小球这个参考系来说，对另一小球运动的描述并不符合牛顿运动定律.凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性系；牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系.由此我们可以看出牛顿运动定律只适用于惯性系，并且对于一切惯性系，力学规律都是相同的，或者说一切惯性系都是等效的，这便是伽利略相对性原理.3.如果乘客的速度与火车的速度方向相同，对站台上的观察者来说乘客的速度是v1+v2;如果乘客的速度与火车的速度方向相反，对站台上的观察者来说乘客的速度是v1－v2.4.按照经典力学的速度合成法则，此时对于站台上的观察者来说光的传播速度应为v1＋c ,而实验的结果却是c,因而产生了矛盾.为解决上述矛盾爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论，狭义相对论理论的出发点是以下两条基本假设：第一是相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.第二是光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同，从而解决了上述矛盾.例题思考本节的重点是使学生在经典力学时空观的基础之上，结合光速不变的实验事实，明确经典时空观的局限性.同时了解爱因斯坦为解决该矛盾所提出的两条基本假设，为建立正确的时空观奠定基础，使我们对自然世界的认识更进一步，为接受爱因斯坦的狭义相对论作好准备.【例题】试述经典力学的时空观及所遇到的困难.解析：该题考查相对论时空观的提出背景，对物理学的发展要做到有所了解.经典力学的时空观认为：时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的.按该观点和伽利略的相对性原理，就会得到在不同的惯性系中所测得的光速是不同的.而实验事实却是光速不变，这样实验事实便与理论产生了矛盾，使经典力学时空观遇到了困难.点评：本题考查了人们对时空的认识过程，也反映了人们对自然界的认识总是从感性认识上升到理性认识，随认识的深入更接近事物的本质.变式练习试述当经典力学时空观遇到光速不变的实验事实这一困难时，爱因斯坦是如何解决的.它的意义如何？答案：狭义相对论的基本原理爱因斯坦提出了两条基本假设即相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同.从而解决了上述矛盾.两条基本假设的提出解决了光速不变的困难，同时为狭义相对论的建立奠定了基础.使得人们的时空观发生了重大的变革，使得看似毫无联系的时间与空间紧密地联系在了一起.知识总结本节的任务是使学生了解爱因斯坦的两条基本假设，明确经典力学时空观的局限性，进一步认识物理学是一门以实验事实说话的科学.使学生认识到当理论与事实发生矛盾时，我们应当扬弃理论而不应扭曲事实的科学态度.。
高中物理第六章经典力学与现代物理6.2狭义相对论的基本原理6.3爱因斯坦心目中的宇宙素材1沪科版必修2
1 *6.2 狭义相对论的基本原理*6.3 爱因斯坦心目中的宇宙课前预习情境导入九百多年前，有一次非常著名的超新星爆发事件，当时北宋王朝的天文学家作了详细的记载．据史书称：爆发出现在宋仁宗至和元年五月(即1054年)．在开始的二十三天中这颗超新星非常亮，白天也能在天空上看得到它，随后逐渐变暗，直到嘉祐元年(公元1056年)三月，才不能为肉眼看见，前后历时二十二个月．这次爆发的残骸就形成了著名的金牛座中的星云，叫做蟹状星云.这条古老的记录同光速颇有关系．当一颗恒星发生超新星爆发时，它的外围物质向四面八方飞散．也就是说，有些爆发物向着我们运动，有些运动方向则在垂直方向．如果光线服从速度合成公式，那么，按照类似于对投球运动的分析即知，A 点向我们发出的光的速度是c+u ，而B 点向我们发来的光的速度则大约仍是c.这样，由A 点发出的光到达地球的时间是t ＝L ／(c ＋u)，而由B 点发出的光到达地球的时间是t′≈L/c.蟹状星云与地球的距离L 大约是5千光年，爆发速度是每秒1 500 km 左右．用这些数据来计算，很容易得到t-t′≈25年．也就是说，我们至少在25年里都可以看到开始爆发时所产生的强光．然而，这是错误的，不符合事实的．历史的记录是：岁余稍没，即一年多就看不见了.这就证明上面的推算有问题．这是为什么呢？简答：从A 点或B 点向我们发射的光，速度是一样的，即光速与发光物体本身的速度无关，无论光源速度多么大，向我们发来的光的速度都是一样的．光速并不遵循经典的速度合成规律，这就是狭义相对论中的光速不变原理．知识预览1.经典力学的时空观:时间和空间是分离的,时间尺度和空间尺度与物质运动无关,都是绝对的.因此,这种时空观也叫做绝对时空观.2.伽利略相对性原理：所有的实验现象和实验结论，都不会因惯性系的不同而有所不同，也就是说，各个惯性系都是等价的.3.狭义相对论的两条基本公设:(1)在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的;(2)在一切惯性系中,光在真空中传播的速度都等于 c ,跟光源的运动无关.4.从狭义相对论的两条基本公设出发,推导出不同于经典力学的结论.(1)同时的相对性;(2)运动的时钟变慢;(3)运动的尺子缩短;(4)物体的质量随速度的增加而增大.5.爱因斯坦质量公式:m=2201c vm .6.质能关系:E=mc 2.。
沪科版必修2《狭义相对论的基本原理》教案
沪科版必修2《狭义相对论的基本原理》教案狭义相对论的基本原理【教学目标】一、知识与技能1、了解狭义相对论的两个基本公设，并初步了解爱因斯坦对时空的新认识。
2、知道伽利略变换与洛伦兹变换反映的时空观的不同。
3、理解同时的相对性二、过程与方法1、通过学习爱因斯坦提出两条假设的过程，理解实验对理论的重要作用以及爱因斯坦的时空观。
2、通过两条假设理解同时的相对性，加深对相对论时空观的理解。
三、情感态度与价值观（1）理解相对论的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。
（2）学会辩证地看待经典物理理论和相对论。
【学情分析】学习已经了建立狭义相对论中光速不变的实验基础，以及爱因斯坦的探索发现，因此学习狭义相对论的两条公设，已成顺理成章的事情。
不过学习的重点和难点在于随两条公设的提出而带来的时空观的变化。
【教学思路】因此本节教学应注意与上节知识的衔接，重视思维逻辑的连贯性，逐步建立新结论。
学生在思维中有很容易回到经典时空观上去将新旧时空观混为一谈，教学中应注意强调区别。
【教学重点、难点】1、狭义相对论的两个基本公设2、爱因斯坦的时空观——相对论时空观【教学方法】问题式讨论和讲授。
【教学过程】一、引入新课：通过上节课的学习，我们知道：光速是与参考系无关的常量；经典物理学中的速度变换关系对电磁规律不适用，等。
对这些问题，许多物理学家试图通过在经典物理学内进行修补，仍无法解决上述矛盾。
而爱因斯坦发现问题的症结在于经典物理学的时空观，因此他摈弃了经典物理学的时空观，根据实验事实提出了狭义相对论的两条公设，用理论研究的方法得到了狭义相对论的全部结论，当然狭义相对论建立了一种新的时空观。
我们下面看看爱因斯坦是怎样思考的。
二、新课教学狭义相对论的两条公设1、伽利略变换设开始时惯性系S′（O′-x′y′z′）相对惯性系S（O-xyz）完全重合，S′系相对S系以速度v沿x轴正方向运动。
由伽利略变换:（1）x x'vty y'z z't t'=+⎧⎪=⎪⎨=⎪⎪=⎩（位置坐标变换）可得： (2)x xy yz zv v'vv v'v v'=+⎧⎪=⎨⎪=⎩(速度变换)（3）x xy yz za'aa'aa'a=⎧⎪=⎨⎪=⎩（加速度变换）此式表明：从不同得惯性系所观察到的同一质点的加速度是相同的，或说成：物体的加速度对伽利略变换是不变的。
2狭义相对论的基本原理学案6沪科版必修2
课题】6.2 狭义相对论的基本原理【学习目标】1、根据日常观察及经验理解经典力学的时空观及其特点；2、知道相对论的两个基本公设，并初步了解爱因斯坦对时空的新认识。
【学习重点】1、伽利略相对性原理与爱因斯坦相对性原理2、解经典力学的时空观与新的实验事实的矛盾3、了解相对论的两个基本公设及爱因斯坦对时空的新认识。
【教学难点】1、高速世界远离我们所生活的低速世界，不但难以用生活经验来诠释，而且与生活经验相背离，导致学生难以接受。
2、经典物理学的概念根深蒂固，导致学生对新理论难以理解。
3、高速实验难以演示，缺乏直观的实验和形象生动的实例使学生难以想象。
【知识点导学】一、经典力学的时空观1、绝对的时间：时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何其他外界事物无关的流逝着2、绝对的空间：空间是与外界任何事物无关的而永远相同和不动的3、经典力学的时空观：空间和时间是彼此独立、互不相干的，时间尺度与空间尺度跟任何外界物质的存在及其运动情况均无关。
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，空间与时间之间也是没有联系的；经典力学的时空观也叫绝对的时空观，也叫牛顿时空观。
4、绝对时空观念下的相关结论：A.同时的绝对性B.时间间隔的绝对性C.空间间隔的绝对性D.物体的质量的不变性5、经典力学遇到了无法解决的问题：经典力学是人们在人类生活生产中的经验、知识的归纳总结，其认识的视野还是“低速领域” 在此领域取得了很大的成功。
当用它来研究高速领域的问题时，如电磁波的传播速度、光的传播速度问题，便遇到了无法解决的问题：按照经典力学的速度合成法则（伽利略速度变换公式），光速在不同的惯性系中可能会超过或小于3XW5km/s ,然而大量事实证明光的传播速度与光源的运动情况无关，光在任何惯性系中都是不变的，这个实验就是迈克尔孙-莫雷实验。
二、狭义相对论的基本公设1、对追光问题的思考爱因斯坦16岁起开始思考的一个问题：如果以光速追光波，将会看到什么？”，这个问题困扰了爱因斯坦10年之久。
2020高中物理 第6章 经 6.2 狭义相对论的基本原理 6.3 爱因斯坦心目中的宇宙学案 沪科版必修2
6.1 经典力学的巨大成就和局限性 6.2 狭义相对论的基本原理 6.3 爱因斯坦心目中的宇宙[学习目标] 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.2.认识经典力学的局限性和适用范围.3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象.4.知道相对论、量子力学和经典力学的关系．一、经典力学的巨大成就1．经典力学经典力学通常叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律．2．经典力学的巨大成就(1)把天体的运动与地上物体的运动统一起来．(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用．(3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命．(4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等是航空航天技术的理论基础．(5)相对论和量子力学的形成都受到经典力学的影响．二、经典力学方法论的意义1．两种典型研究方法(1)伽利略：“自然数学化”的方法，开创了将实验、逻辑(数学)相结合的方法．(2)牛顿：归纳—演绎法，大量运用数学方法系统地整理物理学理论的方法．其演绎的结果必须通过实验验证．2．意义伽利略和牛顿的科学方法是经典力学方法的典型，影响深远，并不断得到发展和完善，逐渐成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义很大．三、经典力学的局限性和适用范围1．经典力学的局限性和适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用．2．经典力学的局限性(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化．(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象．四、经典时空观与相对论时空观1．经典时空观(1)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变．(2)惯性系与非惯性系：①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系．②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系．(3)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等价的．(4)经典时空观的几个具体结论：①同时的绝对性；②时间间隔的绝对性；③空间距离的绝对性；④物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．2．相对论时空观(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾．(2)狭义相对论的两条基本假设：①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：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动无关．(3)相对论时空观①同时的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的．②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢．运动速度越快，效果越明显．③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短．④物体质量随速度的增加而增大．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)牛顿运动定律适用于任何参考系．(×)(2)经典时空观认为时间是绝对的．(√)(3)经典时空观认为物体的质量是绝对的．(√)(4)不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的．(×)2．(多选)下列服从经典力学规律的是( )A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船C．物体运动的速率接近于真空中的光速D．能量的不连续现象答案AB解析经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误；能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.一、经典力学与相对论的比较[导学探究] 如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体．请思考：图1(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？答案(1)质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进行研究．(2)中子星的引力属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进行研究．[知识深化]1．区别：比较项经典力学相对论形成时期物理学形成的初期阶段，受历史发展限制，理论较肤浅、片面形成于物理学充分发展的现代，理论较完善、科学适用范围低速运动，宏观世界，弱引力作用任何情况都适用速度对质量的影响物体的质量不随其速度的变化而变化物体的质量随其速度的增加而增大速度的合成时间与空间互不相干速度与位移、时间的测量有关2.联系：(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．(2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形．例1下列说法正确的是( )A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B．狭义相对论和经典力学是完全不同、相互矛盾的两个理论C．物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律D．以上说法都是错误的答案 C解析在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A错误；狭义相对论没有否定经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B 错误；经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律，选项C正确．针对训练1 (多选)牛顿运动定律能适用于下列哪些情形( )A．研究原子中电子的运动B．研究“神舟五号”飞船的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线答案BCD解析牛顿运动定律只能用于“宏观低速”的情形，这里的“宏观”是相对于微观粒子而言的．这里的“低速”是相对于光速而言的．原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿运动定律，A错误；B、C、D选项中运动虽然是“高速”，但相对于光速来说，却是微不足道的，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，B、C、D正确．二、相对论的理解[导学探究] 地球绕太阳公转的速度是3×104m/s；如图2所示，设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度．请思考：图2(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案(1)狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度，所以地球的公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速．(2)物体的质量随速度的增大而增大，所以加速后电子的质量比电子的静止质量增大了．[知识深化]1．两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式，表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变．(2)光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，表明了经典时空观与相对论时空观的不同；比较如下：经典时空观相对论时空观运动情况同一运动对不同参考系描述结果不同，即速度不同光在一切惯性参考系中传向各个方向的速度不变时间与空间的关系时间均匀流逝，空间不变化，与运动情况及外部条件无关时间、空间都随运动情况而改变几个结论①同时的绝对性②时间间隔的绝对性③空间距离的绝对性④物体的质量恒定不变①同时的相对性②运动的时钟变慢③运动的尺子缩短④物体的质量随速度的增加而增大2.相对论时空观的内容认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关．(1)长度收缩效应：一把尺子，在相对于它静止的参考系xOy中测得其长度为l(称为静止长度)，如图3所示．当该尺子相对另一参考系x′O′y′(如地面)沿尺子长度方向以速度v运动时，在该参考系x′O′y′(如地面)中测得尺子长度为l′＝l1－(vc)2.图3由于v<c，所以l′<l，说明在相对尺子运动的参考系中测得的“运动长度”比在相对尺子静止的参考系中测得的“静止长度”短，即所谓的“长度收缩效应”．当速度v≪c时，l′＝l，这就回到了经典物理学的结论——空间的尺度与物体的运动状态无关．(2)时间延缓效应：在相对于地面以速度v匀速运动的参考系内，测得该参考系中某一事件所经历的时间为Δt′，则在地面上测得该事件所经历的时间为：Δt＝Δt′1－(vc)2.由于v<c，所以Δt>Δt′.即用同样标准的钟，在静止参考系中测得的时间比在运动参考系中测得的时间长，好比是运动的钟走“慢”了．当速度v≪c时，Δt＝Δt′，这就回到了经典物理学的结论——时间与物体的运动状态无关．例2半人马星座α星是距离太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016m．设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间．若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多长时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多长？答案9年0.4年解析以地球上的时钟计算：Δt＝sv＝2×4.3×10160.999×3×108s≈2.87×108s≈9年若以飞船上的时钟计算(原时)，因为Δt＝Δt′1－(vc)2所以得Δt′＝Δt1－(vc)2＝2.87×108×1－0.9992s≈1.28×107s≈0.4年．针对训练2 如图4所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度v B和v C朝同一方向飞行，v B<v C.对于地面上的观察者来说，以下说法中正确的是( )图4A．时钟A走得最慢B．时钟B走得最慢C．时钟C走得最慢D．时钟C走得最快答案 C解析根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢．1．(经典力学的成就和局限性)(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，以下说法正确的是( )A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断拓展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案BCD解析人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断拓展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．2．(经典时空观)(多选)下列说法中哪些属于经典时空观的观点( )A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B．时间和空间不依赖人们的意识而存在C．时间和空间是绝对的D．时间和空间是紧密联系、不可分割的答案ABC解析经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，选项A、B、C属于经典时空观；选项D属于相对论时空观．3．(相对论效应的理解)如图5所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( )图5A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断答案 C解析列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，观察者看到C先被照亮，故只有C正确．4．(狭义相对论的应用)如图6所示，强强乘坐速度为0.9c(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0.5c，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6A．0.4c B．0.5cC．0.9c D．c答案 D解析由狭义相对论的光速不变原理知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D正确，A、B、C错误．一、选择题考点一经典力学的认识1．经典力学不能适用于下列哪些运动( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器的运动D．以99%倍光速运行的电子束答案 D解析经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就，但在高速领域不再适用，故选项A、B、C适用，D不适用．2．(多选)下列说法正确的是( )A．牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系B．在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性C．按照经典时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关D．伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动答案BCD3．(多选)以下说法正确的是( )A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论的成立具有一定的局限性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变D．相对论和量子力学否定了经典力学理论答案BC解析经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错误，B正确．在经典力学中，物体的速度v≪c，所以物体的质量不随运动状态改变而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．考点二相对论的理解4．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答案 A解析狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错误．5．一列火车以接近光速的速度从我们身边飞驶而过，我们会感到车厢、车窗变窄了，而车厢、车窗的高度并没有变化，那么车厢内的人看路旁的电线杆间距将会( )A．变窄B．变宽C．不变D．都有可能答案 A解析火车相对地面以接近光速的速度向前飞驶，如果以火车为参考系，地面向后飞驶，根据尺缩效应知电线杆间距变窄．6．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( )A．运动中物体的质量无法称量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体的质量太大D ．物体的质量不随速度的变化而变化 答案 B7．广东省虎门大桥全长近15 km ，在500 m 高空有一架与大桥平行以接近光速飞行的飞机，飞机上人员看到大桥的长度将是( ) A ．大于15 km B ．等于15 km C ．小于15 km D ．无法确定答案 C解析 由于飞机相对大桥是运动的，因此在飞机上观察者看来，大桥要缩短，故C 正确． 二、非选择题8．(相对论的理解)某物体高速运动时的质量是其静止时质量的二倍，求该物体的高速运动速度是光速c 的多少倍． 答案32倍 解析 由爱因斯坦的质速公式m ＝m 01－(v c)2，得1－(v c)2＝(m 0m)2，所以v c＝1－(m 0m)2＝1－122＝32.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.2 狭义相对论的基本原理
思维激活
普希金的一首关于“运动”的诗，你阅读过吗？“世界上没有运动，一个满腮胡须的哲人说.另一个哲人不开口，却在他面前来回地走.他这个反驳真是再有力不过.人们都赞美这个奥妙的答复.可是，先生们，这个有趣的事件，使我想起了另外一个例子：谁都看见太阳每天在我们头上走，然而正确的却是固执的伽利略.”从这首诗中你得到什么启示？
图6-2-1
提示人们对自然界的认识总是逐渐深入的，由感性到理性，由现象到本质，任何理念都只是人类长期对自然规律探索的一个发展阶段，然后被新的理论所替代.人类在认识自然的过程中，常常被一些看似合理的假象所蒙蔽，随着人类实践活动的不断进行，人们才能逐步地透过现象看到本质，形成更加完整的理论体系，相对论的出现正是对经典力学的修正和完善.
自主整理
一、经典力学的时空观
1.概述：绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关，而永远相同和不动的，绝对的时间自身在不停地流逝着.这就是经典力学的时空观，也称为绝对时空观.
2.绝对时空观的特点：时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质的运动无关，都是绝对的.
二、狭义相对论的基本公设
1.惯性系与非惯性系
牛顿运动定律的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系.如研究地面上物体的运动时，地面就是惯性参考系，相对于地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性参考系.
2.伽利略的相对性原理
（1）概述：对于所有的惯性系，力学规律是相同的，或者说一切惯性系都是等效的. （2）两个要点：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.
（3）力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性系都是等效的.
3.两条基本公设
（1）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是相同的.
这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础.
高手笔记
1.牛顿的绝对时空观
（1）绝对的、真正的数学时间，出于其本性而自行均匀地流逝着，与外界任何事物无关.或绝对的时间，就其本性而言与外界任何事物毫无关系，它永远保持不变或不动.
（2）绝对的运动是物体从某一绝对的处所转移到另一绝对的处所.即对于空间的运动存在一个绝对的参考系；时间存在一个绝对的计时系统.
2.马赫的时空观
凡不能由实验证明的概念及陈述，都不应该在物理学理论中占有任何的地位——否认了绝对时空观.
理由：物体的相对位置和相对移动才是可测量的.
（1）空间的位置是相对的.
（2）速度是相对的.
3.伽利略相对性原理
力学定律在一切惯性参考系中具有相同的形式，任何力学实验都不能区分静止和匀速运动的惯性参考系，这就是伽利略相对性原理.该原理最早由伽利略提出，是经典力学的基本原理.
4.狭义相对性原理
物理定律在任何惯性参考系中具有相同的形式，这就是狭义相对性原理.爱因斯坦把伽利略相对性原理从力学领域推广到包括电磁学在内的整个物理领域，指出任何力学和电磁学实验都不能区分静止和匀速运动的惯性参考系.该原理是狭义相对论的基本原理.
名师解惑
1.力学的相对性原理和狭义相对性原理有何区别？
剖析：力学的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律；或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的、平权的.因此无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态.
而狭义相对论指的是物理定律在所有惯性系中都是相同的，因此各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系.因此狭义相对论原理所指范围更大，内容更丰富.
2.惯性系和非惯性系的比较
剖析：牛顿运动定律能够成立的参考系叫做惯性系，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叫做非惯性系.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.
3.如何理解狭义相对论两条基本公设？
剖析：（1）爱因斯坦相对性原理：对于描述一切物理过程（包括物体位置变动、电磁以及原子过程）的规律，所有惯性系都是等价的，这里的物理过程包括光在内.爱因斯坦把伽利略的力学相对性原理推广到了电磁物理规律和一切其他规律，成为第一个公设.
（2）光速不变原理：在所有相对光源静止或做匀速直线运动的惯性系中观察，真空中的光速都相同，与光源的运动和观察者的运动没有关系.这一条公设使我们看到一幅与传统观念截然不同的物理图像.设想从一点光源发出一光脉冲，如人从光源在其中保持静止的参考系中观察，波前为以光源为中心的球面；如从相对于光源做匀速直线运动的另一参考系观察，波前将同样是以光源为中心的球面.这预示着与伽利略变换不同的时空观.。