专题5 相对论与宇宙
1939年奥本海默再次预言了暗星的存在。
广义相对论 光子 E mc2
2GM r
c2
美国物理学家慧勒，曼哈顿计划 参与者，黑洞的命名者
黑洞是如何形成的 恒星内部存在着两种力量的斗争：
向内收拾 天 体 内 部
向外扩张
万有引力 来自内部和表面的核聚变
白矮星：质量小于3.5个太阳质量的恒星，经历红巨星阶段就会形成白矮星
中子星：质量为3.5~8个太阳质量的恒星，最终形成中子星
黑洞：质量大于8个太阳的，经过爆发后核心形成黑洞。
假设太阳被压缩成三类致密星核的半径与密度比较
角色 半径 平均密度
太阳 70万千米 1.4g/cm3
白矮星 1万千米 1t/cm3
中子星
黑洞
10千米
3千米
1亿t/cm3 100亿t/cm3
如何发现黑洞：
1、引力透镜：引力透镜表明镜轴中心有超强质量的致密星体
2、超强X射线或γ射线法：黑洞在吞噬 周围星体时会喷射超强x射线和γ射线
搜索宇宙喷流：哪里有高能宇宙 喷流，哪里就可能有黑洞
几个著名的黑洞
天鹅座X-1双星系统
天鹅座X-1（Cygnus X1，缩写为Cyg X-1）是 一个位于天鹅座方向的 双星系统，最早被认为 是黑洞的天体系统之一。 它于1965年被发现，是 个很强的X射线源。该 黑洞从邻近轨道运行的 蓝色超级巨恒星中吸取 气体，它向内螺旋式释 放着巨大热量，喷射出 高能量X射线和伽马射 线，是人类发现的第一 个黑洞候选天体。
半径小于1光年的虫洞的张力，远大于 原子之间的引力，不能进行星际旅行
4、暗物质
+84%
暗物质
5、暗能量
暗能量是驱动宇宙膨胀运动的一种能量。它和暗物质都不 会吸收、反射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的 技术进行观测。
麒麟座x射线新星 距离地球约3000光年，其质量大约是太阳质量的3.2-7倍之间，可能是已知离地球最近的黑洞
银河系的中心是一个超大质量的黑洞，是太阳的260万倍，直径为地球的1/10, 距离地球2.6万光年
首张黑洞照片
从2017年4月5日起， 天文学家动用了遍布全 球的8个毫米/亚毫米波 射电望远镜，组成了一 个所谓的“事件视界望 远镜”。这8座射电望 远镜连续进行了数天的 联合观测，随后又经过 2年的数据分析。在 2019年4月10日21点整 召开的全球新闻发布会 发布了黑洞照片。这颗 黑洞位于代号为M87的 星系当中，距离地球 5300万光年之遥，质量 相当于65亿颗太阳。
光速不变原理
迈克尔-逊莫雷实验说明光速相对不同参考系都是相同的。
同时的相对性
结论：沿运动方向 位置靠前的事件后 发生，位置靠后的 事件先发生。
长度的相对性
l l0
1 (v)2 c
一条沿自身长度方向运动的物体，其长度总比静止时的长度小
时间间隔的相对性
t t 1 (v)2 c
高速运动的物体时间会变慢
卫星高度：20000公里 卫星速度：14000公里/小时
卫星提供的信息：卫星的轨道位置，信号发射时刻
GPS接收器可算出参数：距卫星的距离r=ct
有效导航需要t的误差不超过20纳秒。
由于引力时间延迟效应，卫星上的时 钟比地面上的时钟每天快45微妙。
水星进动
5600.73±0.41“/百年（观测） 5557.62±0.20“/百年（计算） 43.11“/百年的进动无法解释
5月 解释布朗运动（7月发表） 6月 “论运动物体的电动力
学”----狭义相对论（9月份发表） 9月 E=mc2 （11月发表）
相对论手稿
二、狭义相对论和广义相对论
狭义相对论的基本假设：
狭义相对性原理：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：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
4、微型黑洞：前苏联科学家提出，普遍存在于空间之中，体积和质量都很小 很快会蒸发完。
黑洞的特点：
·
r=0，奇点
r
2GM c2
，奇面，视界
黑洞内部时空坐标颠倒，黑洞的奇点是时间的 终点。
落向黑洞
·
远处观察者：火箭越来越慢，越来越红，越来越暗 火箭里的观察者：穿过视界进入黑洞，接近奇点时潮汐力非常大。
三、史蒂芬·霍金的生平简介
• 1942.1.8生于牛津（伽利略逝世300周年）
儿时霍金
十一岁时，史蒂芬到圣•爱尔本斯学校上学
• 大学毕业时被确诊为进行性肌肉萎缩
1959年17岁的霍金入读牛津大学的大学学院攻读自然科 学用了很少时间而得到一等荣誉学位，随后转读剑桥大 学研究宇宙学。这是他在牛津大学毕业时拍的一张照片。
勒维耶和亚当斯试图解 释，未成功
广义性对论回答了： 43“/百年
广义相对论预言了引力波的存在
引力波是指时空弯曲中的涟漪，2016年2月11日,激光干涉仪引力波天 文台(LIGO)的科学家宣布首次发现引力波,创造了历史。
爱因斯坦说： 狭义相对论我不发现，五年之内就会有人发现。 广义相对论我不发现，五十年内也不会有人发现。
物理学的两朵乌云
专题五 相对论与宇宙 专题六 传统通讯与量子通讯
• 1900年，为庆祝新世纪的到来，英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家，威廉 汤姆逊回顾过去几百年的发展史，充满自信地宣称：“科学的大厦已经基本建成，未来 的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了”。不过他也承认“在明朗的天空中还有 两朵小小的，令人不安的乌云”。一朵与黑体辐射有关，另一朵与光速有关。黑体辐射 催生了量子理论，而光速问题迎来的则是相对论。
霍金和妻子简
• 投考霍伊尔研究生未果，后 跟Scianma
• 否定了霍伊尔的稳恒态宇宙
1988年，霍金出版《时间简史》 《时间简史》被译成40余种文 字，出版逾1000万册
1998年，霍金和克林顿在白宫一同观 看《星际旅行之下一代》
2006年6月18日，霍金参观天坛。霍金于19 日在人民大会堂用语音合成器以《宇宙的起 源》为题公开演讲。
广义相对论的验证
1919年，英国爱丁顿在西非普林西比在6-8分钟时间拍了15张照片
广义相对论对万有引力的解释——时空弯曲
引力时钟变慢
r
t2
M
t1
t2 t1
1
2GM c2r
结论：在大质量星体附近， 时间会变慢
引力红移
结论：在大质量星体附近， 原子发光频率比同种原子在地 球上发光频率低。
相对论的应用：GPS导航
2009年4月6日，霍金在白宫接受奥巴 马授予的总统自由勋章。
2014年霍金参加讲述他生平的电影 《万物理论》首映礼。
2018年3月14日凌晨3时46分报道，英 国物理学家史蒂芬·霍金去世。
霍金对黑洞的主要研究贡献：
奇性定理 面积定理 霍金辐射
对宇宙学主要研究贡献：
推翻稳恒态宇宙模型 时空隧道与时间机器 无边界宇宙
广义相对论的基本原理：
等效性原理：无法通过实验来验证物体是处于一个加速系统中还是 处于一个引力场中（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）
广义相对性原理：所有物理规律在任何参考系中都取同样的形式
广义相对论的等效性原理
广义相对论的等效性原理
结论：引力能 够使光线弯曲
地球
等效性原理：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
因斯坦的工作了。
初期科研情况：
1901年-------1篇论文 1902年-------2篇论文 1903年-------1篇论文 1904年-------1篇论文
爱因斯坦的丰收年： 1905年-------5篇论文 3月 解释光电效应---光子说
（6月发表） 4月 博士论文：测定分子大小
的新方法（4月提交）
四、宇宙学基本知识
宇宙学是研究宇宙大尺度结构和宇宙形成及演化等基本问题的学科
1、黑洞
1798年拉普拉斯预言黑洞的存在，称之为暗星
GMm 1 mc2 R2
R
2GM c2
c----光子速度 G----引力常数 R----星球半径 M----星球质量 m----光子质量 当星球质量足够大，星球半径足够小，逃逸速度会趋向速度极限——光速
双生子佯谬
时空相对性 的验证：μ子
相对论速度变换公式
பைடு நூலகம்
u
u 1
v uv c2
V是火车相对地面的 速度，u'是车上的人 相对火车的速度，u 是车上人相对地面的
速度
相对论质量
m m0 1 (v)2 c
物体运动速度越大，质量越大
质能方程
E mc2
狭义相对论主要结论： 运动的物体时间会变慢，长度会减小，质量会增加
2、白洞
白洞是利用爱伊斯坦场方程的史瓦西解提出的模型，是宇宙中的喷射源，可以向外部区域提供物质和能量，但 不能吸收外部区域的任何物质和辐射，所以白洞是一个只发射、不吸收的特殊宇宙天体，与黑洞正好相反
3、虫洞：也叫爱因斯坦－罗森桥，链接不同宇宙的管道
二维时空的三维虫洞
撑开虫洞需要的能量：
撑开1cm虫洞需要地球质量的能量。 撑开1km的虫洞需要太阳质量的能量。 撑开1光年的虫洞需要银河系所有发光星体质量100倍的能量。
小学、中学时期， 在德国慕尼黑
儿时爱因斯坦
1895-1896 瑞士阿劳中学 1896-1900 苏黎世工业大学
大学时的爱因斯坦
少年时的爱因斯坦
1900-1902 艰辛求职，四处碰壁 1902-1909 伯尔尼发明专利局
伯尔尼发明专利局
爱因斯坦和妻子米列娃
希尔伯特： 没有比专利局更适合对艾
黑洞的分类：
1、寻常黑洞（史瓦西黑洞）：质量大于8个太阳质量，是恒星演化到晚期的 产物，普遍存在于宇宙之中。
广义相对论在宇宙学中的应用
广义相对论在宇宙学中的应用一、引言广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的关于引力的理论。
它是描述引力作用的最完整的理论。
广义相对论不仅解释了地球周围重力场的现象，也描述了整个宇宙及其演化。
在宇宙学中广义相对论有着广泛的应用，如引力透镜效应、暗能量、黑洞等。
本文将重点讨论广义相对论在宇宙学中的应用和意义。
二、宇宙学的三种几何广义相对论在宇宙学中的应用中，一个重要的要素是对宇宙几何的理解。
宇宙学中有三种几何：欧几里得、球面和非欧几里得（又叫超越）。
在欧几里得几何中，直线是不弯曲的。
在球面几何中，直线是弯曲的，是弧线。
在非欧几里得几何中，直线是弯曲的。
广义相对论是一种非欧几里得几何的描述。
它描述空间并非传统的三维，而是四维的时空（包括时间）。
在四维时空中，曲线不一定是直的，它是被重力场扭曲的。
三、引力透镜效应广义相对论在引力透镜效应上的应用是其最为广泛的而又重要的应用之一。
引力透镜效应是指宇宙中的重力场可以作为一种透镜，改变从宇宙中传来的光线的路径。
它可以用来确定宇宙中物质的分布和宇宙的形态。
这种效应在观测远处星系时非常有用。
当光通过被称为镜子的周围物质时，其弧度会发生弯曲。
科学家可以根据这种弯曲推断出周围的物质分布，甚至可以发现看不见的暗物质。
四、暗能量宇宙中的质量是通过引力相互作用的，这种引力作用在爱因斯坦电场方程中得到了精确描述。
但是，经过长时间的观察和研究，科学家们发现引力的作用似乎比质量测量所示要强，而这种强度的增长又是非线性的。
为了解决这一现象，引入了暗能量的概念，它是一个比质量的概念更加抽象的概念。
暗能量呈现出“反重力”效应，可以解释宇宙膨胀加速的现象。
五、黑洞黑洞是广义相对论在宇宙学中的另一重要应用。
它是由物质的引力作用形成的一个非常密集的区域。
在这个区域中，引力作用极强，甚至连光线都无法逃离。
因此，黑洞也被称为“引力陷阱”。
科学家可以通过黑洞的存在来研究宇宙的本质，或者解释一些天文现象。
宇宙边界和时间的相对性
宇宙边界和时间的相对性宇宙边界和时间的相对性是现代天文学和物理学中的一个重要课题。
探讨宇宙边界和时间的相对性，需要从广义相对论的观点出发。
广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的一种描述引力的理论。
它认为，物质和能量会弯曲时空，并在时空中形成弯曲的轨迹，从而影响物体的运动轨迹。
根据广义相对论的观点，宇宙的边界和时间的相对性是相互关联的。
首先，我们来讨论宇宙的边界。
根据现代天文学观测到的宇宙膨胀的证据，宇宙从大爆炸开始时是一个非常热，高密度和高能量的状态，随着时间的推移，宇宙逐渐扩展并冷却下来。
然而，我们无法确定宇宙的边界在哪里。
根据广义相对论的观点，宇宙并没有固定的边界或界限，它是一个无限扩展的空间。
这是因为引力场的存在导致了空间的弯曲，使得宇宙可以无限扩展，没有边界限制。
其次，让我们来探讨时间的相对性。
相对论中的时间相对性理论认为，时间不是一个绝对的概念，它是相对于观察者的运动状态和引力场的强度来决定的。
根据相对论的观点，时间相对性可以导致时间的流逝速度因为不同空间的运动状态和引力场的强度而发生变化。
这一观点在物理实验中得到了验证，如卫星导航系统(GPS)的运行和中微子实验中的观测结果都证明了时间的相对性的存在。
在宇宙中，时间的相对性与宇宙的膨胀有一定的联系。
根据宇宙膨胀的观测数据，我们知道宇宙的膨胀程度是随着时间的推移而加速的。
这意味着在膨胀快速的宇宙中，时间流逝得更慢，而在膨胀缓慢的宇宙中，时间流逝得更快。
然而，我们需要注意的是，这种时间的相对性只在宇宙的大尺度和长时间尺度上才会显现，对于小尺度和短时间尺度上的事件，时间的相对性是微不足道的。
除了广义相对论的观点，量子力学和宇宙学的研究也对宇宙边界和时间的相对性提出了一些新的理论。
量子力学是描述微观世界中物质和能量交互作用的一种理论，而宇宙学是研究宇宙起源、演化和结构的学科。
量子力学和宇宙学的研究结果表明，宇宙可能是从量子波函数坍缩形成的，它并不存在一个确定的边界。
相对论的通俗理解
相对论的通俗理解相对论是物理学中的一个重要分支，由爱因斯坦1926年提出。
它是描述物理学中的时间、空间、物质、能量等基本概念的相对性原理的基础上发展起来的一种理论模型。
尽管相对论是一个重要的科学分支，但对于很多人来说，学习相对论是非常困难的。
因此，在本文中，我们将尝试用通俗易懂的方式来解释相对论的一些基本原理。
首先，让我们讨论相对论中的两个基本概念：时间和空间。
相对论告诉我们，时间和空间是相对的，也就是说，它们是由观察者的运动状态来决定的。
这是与牛顿时空的观念不同的。
相对论也告诉我们，光是宇宙中最快的东西。
无论光源是在静止还是在运动，光在真空中的速度始终不变，为299792458米/秒。
这就是著名的“光速不变原理”。
当两个物体以不同的速度相对运动时，人们会发现它们的时间是不同的，这也称为“时空相对性”。
在考虑时空相对性时，我们必须考虑两个基本原则：时间膨胀和Lorenz 收缩。
时间膨胀是指当一个物体以一个接近光速的速度相对运动时，时间看起来相对延长。
Lorenz 收缩是指当物体以近光速的速度相对运动时，视图相对运动的物体在长度方面会发生变化。
以上两个现象在我们日常生活中不太明显，因为我们的速度与光速相比极低。
但是，当我们处理极高的速度或者质量时，时间膨胀和 Lorenz 收缩是极为重要的因素。
接下来让我们讨论另一个相对论里很重要的概念，质能等效性。
根据爱因斯坦的质能等效理论，质量和能量之间有一个等价关系。
这意味着，质量可以被转换成能量，能量也可以转换成质量。
公式E=mc² 代表了质量转换成能量的过程，其中 E 是能量，m 是质量，c 是光速。
这一公式说明了，即使极小的质量也具有能量，并且一旦失去质量，该能量就会被释放出来。
最后，让我们来讨论一下重力场和引力波。
在相对论中，空间和时间被统一成一个四维时空。
这意味着，物体的存在是对周围空间和时间的影响。
一般来说，重力是由物体的质量所产生的，并且会影响周围的时空。
广义相对论与宇宙膨胀
广义相对论与宇宙膨胀广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种解释引力的理论，它描述了时空如何与物质相互作用。
而宇宙膨胀是指宇宙的空间在时间上的扩展，即宇宙在不断地膨胀。
广义相对论的核心思想是物质和能量会影响时空的结构。
根据这个理论，物质和能量会扭曲时空，形成所谓的引力。
广义相对论是一种几何理论，它通过描述时空的弯曲程度来解释物体在重力场中运动的方式。
宇宙的膨胀也是由引力所驱动的，它与广义相对论有着紧密的关系。
根据广义相对论的理论，在宇宙当中存在一种称为宇宙学原理的观念，即宇宙在大尺度上是均匀且各向同性的。
这意味着，宇宙在整体上是相同的，无论我们在宇宙中的哪个位置都会看到类似的分布和相同的物理规律。
然而，宇宙膨胀的观测结果表明，宇宙并非静态且恒定的，它正在不断地膨胀。
关于宇宙膨胀的证据最早来源于哈勃观测到的宇宙红移现象。
红移是指当物体远离我们时，它的光波频率会变低，光线向红色端移动。
哈勃发现遥远的星系的光谱线向红移了，这说明它们远离我们。
这个发现引出了宇宙膨胀的概念，即宇宙中的物体彼此之间相互远离。
进一步的观测表明，宇宙膨胀是以一种非常特殊的方式进行的，即膨胀的速度与距离成正比。
这就是所谓的哈勃定律，它揭示了宇宙膨胀的规律。
根据哈勃定律，距离两倍远的星系的速度是距离更近星系速度的两倍。
这意味着，远离我们更远的星系会以更快的速度远离我们，这是宇宙膨胀的一个重要特征。
宇宙膨胀的一个有趣的后果是宇宙背景辐射的存在。
宇宙背景辐射是指宇宙中存在着来自大爆炸时期的微弱辐射余光，它被认为是宇宙膨胀的产物。
宇宙背景辐射的发现提供了重要的证据来支持宇宙膨胀的理论。
除了观测证据，数学模型也提供了对宇宙膨胀的解释。
基于广义相对论的模型建立了一种称为弯曲时空的理论框架，它描述了宇宙膨胀的动力学过程。
根据这些模型，宇宙的膨胀是由于能量和物质在时空中的分布而产生的。
宇宙中的物质和能量越来越稀疏，导致了宇宙的加速膨胀。
宇宙膨胀的进一步研究也引出了宇宙暗能量和暗物质的概念。
广义相对论及其在宇宙中的应用
广义相对论及其在宇宙中的应用广义相对论是爱因斯坦的杰作，是20世纪物理学的总结与高峰之一。
它是一种描述引力场的理论，也被称为一般相对论。
广义相对论是一种经典的场论，它包括两个方面盛行于近代物理学中的两个基本法则的描述：相对论性质和测量学原理。
它被广泛应用于宇宙学领域。
广义相对论的基本原理是：在一切自由运动的物体的历程中，它们沿其历程（广义）记号曲线的空间间隔ds²=hαßdXαdXß始终为零。
这个基本公式可以通过在相对论效应和引力力场中描绘一个完整的物理学描述来表示。
它使引力成为一种弯曲空间时间张量的表现，张量是描述空间的一种数学表达方式。
这种描述非常灵活，使得广义相对论可以应用于许多与引力场相关的问题。
一个彻底理解广义相对论的最好方法是，学习它在宇宙中的应用。
广义相对论在宇宙中的应用主要表现在三方面。
第一，广义相对论为解释天空中种种神秘现象提供了新观点。
比如，它解释了黑洞的存在和性质，黑洞的表面从任意距离观测时都呈现为完美黑体，这是因为引力强度非常大，逃逸比达到了光速。
广义相对论还解释了引力透镜现象的出现以及引力红移现象的存在。
第二，广义相对论与天文测量学结合起来，使得我们可以更准确地测量物体的质量和大小。
在宇宙中，我们往往无法直接测量物体的距离，但广义相对论可以通过测量引力透镜效应的方法确定物体的距离和质量。
第三，广义相对论还涉及了暗物质和暗能量的问题，这也是现代天文学中的重要研究领域。
广义相对论表明，暗能量是宇宙中加速膨胀的驱动力，这种加速膨胀是由于暗能量的存在导致的。
暗物质则是由一些无法直接观测的物质组成的，并且可以通过对星系动力学的研究来发现它的存在。
综上所述，广义相对论是理解宇宙和它当中存在的许多现象的关键。
它的原理和公式也是我们理解物理学基础和宇宙学的基础。
通过广义相对论，人类已经掌握了一些关于宇宙的重要知识，但我们仍然需要更进一步地研究宇宙和物理学，以更好地了解宇宙和我们所在的世界。
相对论的主要内容
相对论的主要内容
相对论是由爱因斯坦于20世纪初提出的一种新的物理学理论，它颠覆了牛顿力学的经典观念，改变了人们对时间和空间的认知。
相对论的主要内容包括以下几个方面：
一、狭义相对论
1. 相对性原理：所有的物理定律在不同参考系中都是相同的，没有绝对的参考系。
2. 时空的相对性：时间和空间不再是绝对的概念，它们的测量都取决于观察者的运动状态。
3. 光速不变原理：真空中的光速对所有观察者都是恒定的，与光源和观察者的相对运动状态无关。
4. 质能关系式：E=mc²，能量和质量之间的等价关系，表示质量可以转化成能量，能量也可以转化成质量。
二、广义相对论
1. 引力的等效原理：质量的存在会扭曲周围的空间，造成物体之间的相互作用。
2. 时空的弯曲：质量的分布会改变周围的时空结构，使得时间和空间都呈现出弯曲的状态。
3. 黑洞理论：由于质量超越了一定的临界值，会形成一个超引力的区域，使得任何物质和辐射都无法逃脱。
4. 引力波：由于质量的加速变化，会产生一种类似电磁波的引力波，可以用于探测和观测宇宙中的重大事件。
相对论的理论内容十分丰富和深刻，它不仅改变了人们对时间和空间的观念，也揭示了物质的本质和宇宙的奥秘，是现代物理学中的重要一环。
相对论宇宙学
相对论宇宙学
相对论宇宙学是研究宇宙的起源、演化和结构的一门学科。
它综合运用了广义相对论和宇宙学原理，试图解答关于宇宙的基本问题，例如宇宙的原始状态是什么样的？宇宙的结构是如何形成和演化的？宇宙的未来发展趋势是什么？
相对论宇宙学的研究主要包括以下几个方面：
1. 宇宙的起源：相对论宇宙学研究宇宙的起源，尝试回答宇宙是如何从一个极其繁密和高温的初始状态演化到现在的样子的问题。
其中包括宇宙大爆炸理论、宇宙背景辐射等重要概念和模型。
2. 宇宙的演化：相对论宇宙学研究宇宙的演化历程，包括宇宙结构的形成和演化。
研究宇宙中的星系、星系团等结构的形成、分布和演化规律，以及宇宙中的暗物质和暗能量的作用等。
3. 宇宙的几何结构：相对论宇宙学研究宇宙的几何结构。
研究宇宙的曲率、空间结构以及宇宙的膨胀速度和膨胀加速度等。
其中包括弯曲空间、时空的度规等重要概念。
4. 宇宙的未来发展：相对论宇宙学研究宇宙的未来发展趋势，尝试预测宇宙的最终命运。
其中包括宇宙的膨胀速度、宇宙的加速膨胀等重要参数和模型。
相对论宇宙学的研究对于我们理解宇宙的起源、结构以及未来演化趋势具有重要意义。
通过研究宇宙的演化历程，人类可以
更好地认识自己所处的宇宙环境，也可以为后续研究宇宙的天体物理学、引力理论等提供重要的理论框架和方向。
专题7-5 相对论时空观与牛顿力学的局限性(人教版2019必修第二册)(解析版)
专题7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性【人教版】【题型1 光速不变原理】........................................................................................................................................... 【题型2 同时的相对性】........................................................................................................................................... 【题型3 时间延缓效应】........................................................................................................................................... 【题型4 长度收缩效应】........................................................................................................................................... 【题型5 质量问题】................................................................................................................................................... 【题型6 综合问题】................................................................................................................................................... 【题型7 牛顿力学的局限性】...................................................................................................................................【题型1 光速不变原理】【例1】关于狭义相对论的说法，不正确的是()A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D．狭义相对论任何情况下都适用答案D解析狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不变原理)，与光源的运动无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错误．【变式1-1】（多选）设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是()A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c答案：CD【变式1-2】如图所示，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？解析根据狭义相对论的一个基本假设：光速不变原理，可知光速是不变的，都应是c.答案(1)c(2)c(3)c【变式1-3】如图所示，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()A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c答案：D【题型2 同时的相对性】【例2】如图所示，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方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()A．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解析列车上的观测者看到的是由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测者，看到C先被照亮，故只有C正确．【变式2-1】如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：(1)在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？(2)在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？解：(1)因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播速度相等，所以光到达A、B两点所需要的时间相等。
相对论的哲学内容和意义
相对论是物理学的一个重要理论，它由德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初提出。
相对论对物理学的认识产生了巨大的影响，并在哲学上也产生了深远的意义。
相对论的哲学内容主要包括以下几方面：
相对性原理：相对论认为，观测物体的空间和时间是相对的，而非绝对的。
也就是说，空间和时间是相对的，它们的测量和观测是相对的，不同的观测者会得出不同的结论。
引力的相对论：相对论认为，引力不是一种真实存在的力量，而是一种现象。
它是由物体的质量引起的空间变形，而不是由一种力量传递。
宇宙的相对论：相对论认为，宇宙并非是一个绝对的存在，而是相对的。
宇宙的形态和运动是相对的，不同的观测者会得出不同的结论。
相对论的意义在于，它提出了一种新的物理观，对我们对宇宙的认识产生了巨大的影响。
它告诉我们，空间和时间是相对的，引力也不是一种真实存在的力量，宇宙也不是绝对存在的。
这些观点提醒我们，我们的观测和思考是有限的，不能绝对地反映客观的事实。
因此，相对论对我们的哲学思考产生了重要的启发，提醒我们要保持谦虚和求知欲，不要把自己的观点绝对化。
高考历史二轮专题复习(新课标)高效训练 专题五 第11讲：工业革命时期的文明发展
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能力梯级提升·思维高效训练一、选择题1.(2011·珠海模拟)近代法国先后产生了12部宪法，1789～1875年的86年内，法国平均每7年更换一部宪法，这种现象反映的主要问题是( )A.启蒙思想的影响不断深入B.封建残余势力的复辟导致政治危机C.走向共和的历程非常艰难D.外国侵略势力的干涉打断民主化进程2.(2011·南京模拟)世界近代史上，《权利法案》和《德意志帝国宪法》为英、德两国君主立宪政体的确立提供了法律依据。
根据法律规定，英德两国政治制度的相同之处是( )A.两院议会的召集、开会、延会、闭会之权属于议会B.上议院的领导权属于法定的行政首脑C.下议院议员由普选和直接选举产生D.国家军队在平时和战时受君主指挥3.普法战争后，法、德两国最终确立了近代政治体制。
两国政治体制的不同点是( )A.国家元首掌握实际政治权力B.内阁的任命须经议会同意C.选民通过选举产生代议机构D.行政首脑由国家元首任命4.(2011·龙岩模拟)1851年，正当伦敦世博会召开，宣布资本主义工业革命正以雷霆万钧之力重塑欧洲乃至全球经济和社会形态时，已经有人在解剖它的病灶，预备提前宣判它的死刑了。
该事件是指( )A.马克思发表《共产党宣言》B.卢梭发表了《社会契约论》C.在中国兴起太平天国运动D.在法国发生巴黎公社革命5.《法国政治制度史》写道：“1871年的巴黎公社是劳动群众通过其政治代表当家作主的新政治制度的萌芽。
”文中的“新政治制度”是指( )A.直接选举制B.义务教育制C.社会主义政权D.无产阶级专政6.1872年马克思在《共产党宣言》再版序言中写道：“这个纲领现在有些地方已经过时了。
”导致“纲领有些地方已经过时了”的根本原因是( )A.工人运动的发展B.工人阶级力量的壮大C.纲领有些地方是错误的D.资本主义经济的发展7.(2011·厦门模拟)1854～1856年英国进出口贸易统计表，从表中的统计数据可以看出英国( )A.已成为世界工厂B.农轻重比例发展失调C.进出口贸易逆差严重D.工农业资源严重不足8.马克思在《共产党宣言》中指出“资本具有天生的特殊的世界主义性质”，“资本在全球范围内的自由流动”挖掉了古老民族工业的基础，建立了同“一切文明民族的生命攸关”的新的工业。