14-2. 狭义相对论的两个基本假设
中物院面试题目及答案
中物院面试题目及答案一、选择题1. 以下哪个选项是量子力学的基本原理之一？A. 牛顿运动定律B. 能量守恒定律C. 波粒二象性D. 相对论答案：C2. 根据海森堡不确定性原理，以下哪个说法是正确的？A. 粒子的位置和动量可以同时被精确测量B. 粒子的位置和动量不能同时被精确测量C. 粒子的速度和动量可以同时被精确测量D. 粒子的位置和速度可以同时被精确测量答案：B二、填空题1. 相对论中，光速在任何惯性参考系中都是不变的，其数值为______。
答案：299,792,458米/秒2. 根据普朗克常数的定义，其数值为______。
答案：6.626 x 10^-34 焦耳·秒三、简答题1. 请简述狭义相对论的两个基本假设。
答案：狭义相对论的两个基本假设是：（1）物理定律在所有惯性参考系中都是相同的；（2）光在真空中的速度对于所有观察者来说都是相同的。
2. 解释什么是量子纠缠，并给出一个量子纠缠的实验例子。
答案：量子纠缠是量子力学中的一种现象，指的是两个或多个粒子之间存在一种特殊的关联，即使它们相隔很远，一个粒子的状态改变也会立即影响到另一个粒子的状态。
一个著名的量子纠缠实验例子是贝尔实验，该实验通过测量纠缠粒子的自旋，验证了量子力学的预测与经典物理的预测不同。
四、计算题1. 假设一个电子在电场中受到的电场力为F=qE，其中q是电子的电荷量，E是电场强度。
如果电子的电荷量q=1.6 x 10^-19库仑，电场强度E=1 x 10^5牛顿/库仑，计算电子受到的电场力。
答案：F = 1.6 x 10^-19库仑 * 1 x 10^5牛顿/库仑 = 1.6 x 10^-14牛顿2. 已知一个物体的质量m=2千克，从静止开始下落，忽略空气阻力，重力加速度g=9.8米/秒²，求物体下落2秒后的速度。
答案：v = gt = 9.8米/秒² * 2秒 = 19.6米/秒五、论述题1. 论述量子力学与经典力学的主要区别。
狭义相对论基础_3
m0c 2
4. 质能关系式
得物体的总能：
相对论动能
Ek mc2 m0c2 2 令物体的静能 E0 m0c
2 2
E mc m0c Ek
能量(质量)可以转变成质量(能量)吗？
质量？ 能量 =
质量的变化和能量的变化相联系，质量的大小标志着能量的大小。质量 与能量相关，这是相对论的又一极其重要的推论 .
例1
质能关系式在核裂变中的应用
235 92 1 1 U 0 n 139 Xe 95 Sr 20 n 54 38 m 0.22u
重核裂变 质量亏损
2 原子质量单位 1u 1.661027 kg 931.5Mev/c
放出的能量 Q E m c 2 200MeV
(1)作用力，不仅改变速度，同时还改变质量。 (2)低速，质量视为恒量，则过渡为牛顿第二定律。
经典力学是相对论力学在低速条件下的近似。
3. 相对论动能
d(mv ) (1) dEk F dr dr v d(mv ) dt v d(mv ) mv dv v v dm m vdv v 2dm
时空相关，质能相关！ (1) 物体静止，v = 0， E m0c E0
2
讨论
(2) 动能等于总能与静能之差 Ek E E0
(3) 能量守恒对应着质量守恒，静质量亏损对应着能量放出。
m2c 2 m1c 2 (m2 m1 )c 2 mc2
E mc
2
利用原子核能的理论基础
1 v 3v 1 v2 1 1 2 2 2 2 c 8c 2 c2 1 v c 1
相对论简介
1310相对论简介【知识梳理】一、狭义相对论的基本假设1．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．2．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．二、相对论质量m ＝ .三、质能方程E ＝mc 2.【针对训练】在狭义相对论中，下列哪些说法是正确的是( )①一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速 ②质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的 ③惯性系中的观察者，观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些A ．①③正确B ．①②正确C ．①②③正确D ．②③正确【典型例题】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？【随堂训练】1．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的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c2．(2010·江苏模拟)下列说法正确的是( )A ．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一B ．由相对论知：m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2，则物体的速度可以达到光速，此时其质量为无穷大C．在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了D．根据广义相对论原理力学规律在不同参考系中是不同的3．电子的电荷量为1.6×10－19 C，质量为9.1×10－31k g，一个电子被电压为106 V的电场加速后，关于该电子的质量和速度，以下说法正确的是()A．电子的质量不变B．电子的质量增大C．电子的速度可以达到1.9cD．电子的速度不可能达到c4．(1)设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍．则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍．(2)某实验室中悬挂着一弹簧振子和一单摆，弹簧振子的弹簧和小球(球中间有孔)都套在固定的光滑竖直杆上．某次有感地震中观察到静止的振子开始振动4.0 s后，单摆才开始摆动．此次地震中同一震源产生的地震纵波和横波的波长分别为10 k m和5.0 k m，频率为1.0 Hz.假设该实验室恰好位于震源的正上方，求震源离实验室的距离．。
狭义相对论
爱因斯坦的时空观东南大学物理系董科牛顿的时空观在牛顿力学中，时间和长度的测量是绝对的伽利略变换公式CA CB B AC A C B B AC A C B B A→→→→→→→→→=+=+=+r r r v v v a a a 牛顿的相对性原理：对于所有的惯性系，牛顿力学的规律都应有相同的形式假想实验一:真空中光速的测量S参照系中观测S参照系中观测实验表明，真空中光速的测量不依赖于惯性系的选取，这是与由伽利略速度变换公式推出的结论相矛盾的。
有两种可能性电磁现象不遵守相对性原理伽利略速度变换公式光速测量实验伽利略速度变换公式不正确矛盾时间测量的绝对性不正确长度测量的绝对性不正确？？？？狭义相对论的两个基本假设爱因斯坦的相对性原理：所有物理规律在不同的惯性系中的表述都是一样的。
光速不变原理：真空中光速不依赖于惯性系的选取。
假想实验二:同时性的相对性结论：时间的测量是相对的。
参照系中观测S 参照系中观测S假想实验三:时间延缓效应参照系中观测S若两事件在某一惯性系的同一地点发生，则该惯性系中测得的时间间隔称为这两个事件的固有时。
参照系中观测S假设：在观测者看来，沿水平方向运动的物体的高度小于其静止不动时的高度静止不动时，火车与山洞等高结论：垂直于相对运动方向的长度测量不受相对运动的影响。
假想实验四:垂直于相对运动方向的长度测量假想实验五:平行于相对运动方向的长度测量l S ''=参照系中测得救护车的车身长度l S =参照系中静止不动的观测者测得的救护车的车身长度=相对于物体静止不动的参照系中测得的该物固有长度体的长度结论：相对于物体静止不动的惯性系中测得物体的长度最长。
总结200 1l l l β=-(2) （平行于相对运动方向）, 其中长为度收缩效应：固有长度；相对于物体静止不动的参照系中测得的该物体的长度为其固有长度若两事件在某惯性系中发生在同一坐标，则该参照系中测得的两事件的时间间隔为其固有时(3) 垂直于相对运动方向的长度测量不受相对运动的影响。
高一物理必修2公式总结附答案
高一物理必修2公式总结第一单元抛体运动班别：学号；姓名；一、物体做直线运动的条件：二、物体做曲线运动的条件：物体做曲线运动时，受到的合外力和相应的加速度总指向曲线的三、小船过河：合分运动具有等时性导学P85 例题四、竖直上抛运动选取Vo方向为正方向，则a=1.位移S=2.末速度V t=3上升最大高度H m= (抛出点算起,已知Vo)4往返时间t=（从抛出落回原位置的时间，已知Vo）注:(1)全过程处理:是匀减速直线运动，以向上为正方向，加速度取负值。
(2)分段处理：向上为匀减速运动，向下为自由落体运动，具有对称性。
(3)上升与下落过程具有性,如在同点速度等值反向等。
（4）最高点速度v= ，a= ,方向五、平抛物体的运动1.水平方向速度V x=3.水平方向位移x=2.竖直方向速度V y=4.竖直方向位移y=5.运动时间t=6.合速度V t =合速度方向与水平夹角β: tan β=7.合位移S=位移方向与水平夹角α: tan α=所以α≠β，tan β=2tan α 区分x yV V 比，xy 比：导学P92 3，8 注：(1)平抛运动是 曲线运动，加速度为g ，通常可看作是水平方向的 运动与竖直方向的 运动的合成。
(2)运动时间由 决定与水平 无关。
（3）在平抛运动中时间t 是解题关键。
8、平抛实验（导学P94）（1）已知抛出点o （导学P94 5）（2）未知抛出点o （导学P94 6）（3）P94 实验原理、器材、步骤、注意事项六、斜抛（导学P93）：如果要计算斜抛的落地速度，可用机械能守恒定律。
第二单元 圆周运动1.线速度V= =2.角速度ω= = =3周期与频率T=4角速度与线速度的关系V=共轴、共线的计算：导学P97 65角速度与转速的关系ω= (此处频率与转速意义相同) 6主要物理量及单位（请填写单位符号）：弧长(S):角度(Φ)：频率（f）：周期（T）：转速（n）：半径（r):线速度（V）：角速度（ω）：向心加速度：7向心加速度a====8向心力 F向====注：（1）向心力可以由具体某个力提供，也可以由合力提供，还可以由分力提供，方向始终与速度方向垂直。
《狭义相对论的其他结论》 学历案
《狭义相对论的其他结论》学历案一、学习目标1、理解同时的相对性。
2、掌握长度的相对性。
3、明白时间间隔的相对性。
4、了解相对论速度变换公式。
二、知识回顾狭义相对论的两个基本假设：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：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
三、同时的相对性假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶。
车厢中央有一个光源发出了一个闪光，车厢中的观察者认为闪光同时到达了车厢的前后两壁。
但对于地面上的观察者来说，由于火车在向前运动，闪光先到达车厢后壁，后到达前壁。
这就是同时的相对性。
同时的相对性意味着在一个参考系中认为同时发生的两个事件，在另一个参考系中可能不是同时发生的。
四、长度的相对性一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度短。
假设杆静止在参考系 S 中，长度为 L0，当它相对于参考系 S'以速度 v 运动时，在参考系 S'中测量的长度为 L。
则有：L ＝L0 √（1 v²/c²)其中 c 为真空中的光速。
当速度 v 远小于光速 c 时，√（1 v²/c²) 接近于 1，L 近似等于 L0。
但当速度 v 接近光速 c 时，长度的收缩效应就会变得非常明显。
例如，对于一个静止长度为10 米的杆，当它以08c 的速度运动时，在与杆相对静止的参考系中测量，杆的长度约为 6 米。
五、时间间隔的相对性在一个相对运动的参考系中，时间的流逝会变慢，这就是时间间隔的相对性。
设在静止参考系 S 中，发生了两个事件，时间间隔为Δt0，在以速度 v 相对 S 运动的参考系 S'中，测量这两个事件的时间间隔为Δt。
则有：Δt ＝Δt0 ／√（1 v²/c²)当速度 v 远小于光速 c 时，√（1 v²/c²) 接近于 1，Δt 近似等于Δt0。
但当速度 v 接近光速 c 时，时间膨胀效应就会变得显著。
6.2 狭义相对论的两个基本假设
顿运动定律不成立的参考系，称
为非惯性系．
世界物理年徽标
19世纪末物理学取得了巨大的成就：
被赞誉为：“一座庄严雄 伟的建筑体系和动人心弦 的美丽庙堂”！
形成了完整的科学体系
“明朗的天空中 还有两朵小小的、 令人不安的乌云”
两朵 “乌云”： 与黑体辐射有关
威廉· 汤姆孙
量子力学 相对论
与光速问题有关
D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c
光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
小 结
1、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
2、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。
v2=15m/s，乙同学相对于甲同学的速度大小是多少？
解：v＝ v2 - v1 ＝15m/s-10m/s＝5m/s
以甲同学为参考系
相对性原理是作为基本假设提出来的，它之所以为人们 接受承认，一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨 大成功；另一方面观察结果与人们的经验相符。
典例分析
例2、火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地球发 射一个光信号。火箭上的测得光离开的速度是c，光到
一、狭义相对性原理的诞生
电磁波的速 度等于光速c 不涉及参考系的问题!!!!
v
光速＝ c
光速＝ c v
实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相 8 c 3 10 m/s 对运动，光速都是恒定的．
一、狭义相对性原理的诞生
证明：光速的测量结果与光源和测量 者的相对运动无关，即与参考系无关。 ☆可见光和电磁波的运动不服从相对 性原理. 上述的矛盾使物理学家面临两个选择 修补：修正现有的理论，去迎合实验结 果 (这相对比较容易，但常常无效) 创新：彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只 适用于某一特殊的惯性系”，创立全 迈克尔孙——莫雷模拟实验 新的理论。
4.1 狭义相对论两个基本假设
光速不变原理：光在真空中的速度与发射体的运动状态无关 例如
小车参考系
地面参考系
从不同的参考系看同一个光信号发射到接收过程，虽然其路径不 同，但光速的大小则相同，与发射源静止或运动无关。
观念上的变革
时间标度 牛顿力学 长度标度 与参考系无关
质量的测量
速度与参考系有关 (相对性)
狭义相对论力学 光速不变
长度、时间、质量与参考系有关 (相对性)
小结
1、相对性原理 2、光速不变原理 3、牛顿时空观与爱因斯坦狭义相对论时空观的思想变革
牛顿第二定律： F' (t) F (t)
地恒动不止，而人不知，譬如人在 大舟中，闭牖而坐，舟行而不觉也。
---《尚书纬·考灵曜》
在伽利略变换下牛顿运动定律的数学表达式具有不变性。 即：所有惯性系对于力学规律来说都是等价的。---牛顿力学的相对性原理
矛盾的出现：经典电动力学同牛顿力学之间的矛盾 麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下并不是协变的。
回顾
伽利略变换及牛顿力学的时空观
物理事件P在S系和S’系坐标分别为 (x, y, z,t) 和 (x', y', z',t')
问题：在不同惯性参考系中对同一事件描述的变换关系？
x' x ut
伽利略变换
y
'
y
z
'
z
t' t
x' x ut
伽利略变换
y
相对性原理：一切物理规律在任何惯性系中形式相同
理解要点
一切物理定律不仅仅包含力学规 律，也包含电磁学规律和其他相互 作用的动力学规律。
物理教师职称考试试题及答案
物理教师职称考试试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光在真空中的传播速度是：A. 300,000 km/sB. 299,792 km/sC. 299,792 km/sD. 1,000,000 km/s答案：B2. 牛顿第三定律指出，作用力与反作用力：A. 总是相等的B. 总是相反的C. 总是相等且相反的D. 总是相等但方向相同答案：C3. 根据热力学第一定律，能量：A. 可以创造B. 可以被消灭C. 既不能被创造也不能被消灭D. 可以无限转移答案：C4. 以下哪个不是电磁波？A. 无线电波B. 红外线C. 紫外线D. 声波答案：D5. 欧姆定律描述的是：A. 电流与电压的关系B. 电压与电阻的关系C. 电流与电阻的关系D. 电流、电压和电阻的关系答案：A6. 一个物体在没有外力作用下，其状态是：A. 静止B. 匀速直线运动C. 静止或匀速直线运动D. 以上都不是答案：C7. 根据相对论，时间是：A. 绝对的B. 相对的C. 与空间无关D. 与速度无关答案：B8. 以下哪个是原子核的组成部分？A. 质子B. 中子C. 电子D. 光子答案：A9. 万有引力定律表明两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离成反比。
这个定律是由谁提出的？A. 牛顿B. 爱因斯坦C. 麦克斯韦D. 波尔答案：A10. 以下哪个是量子力学的基本原理？A. 波粒二象性B. 能量守恒定律C. 热力学第二定律D. 牛顿运动定律答案：A二、填空题（每空1分，共10分）11. 根据库仑定律，两个点电荷之间的静电力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的_______次方成反比。
答案：二12. 波长、频率和波速之间的关系可以用公式_______来表示。
答案：v = λf13. 根据开普勒第三定律，行星绕太阳公转的周期的平方与其轨道半径的立方成正比，这个比例常数称为_______。
答案：开普勒常数14. 能量守恒定律表明在一个封闭系统中，能量_______，但可以_______。
《狭义相对论》课件
原子能级移动
总结词
狭义相对论预测了原子能级的移动，即原子能级的位 置会因为观察者的参考系而有所不同。
详细描述
根据狭义相对论，原子能级的位置会因为观察者的参 考系而有所不同。这是因为狭义相对论引入了新的物 理概念，如时间和空间的相对性，这导致了原子能级 位置的变化。这种现象被称为原子能级移动。
06
狭义相对论的背景和历史
狭义相对论的产生背景是19世纪末物 理学界出现的一系列实验结果，这些 结果无法用经典物理学解释，如迈克 尔逊-莫雷实验和洛伦兹收缩实验。
狭义相对论的提出者爱因斯坦在1905 年提出了特殊相对论，这是狭义相对 论的早期形式。在特殊相对论中，爱 因斯坦解释了时间和空间并不是绝对 的，而是相对的，并且提出了著名的 质能等价公式E=mc^2。
狭义相对论不仅在物理学领域产生了深远影响，还对哲学 、数学等相关学科产生了影响，促进了跨学科的交流与融 合。
THANKS
感谢观看
这与经典物理学中的绝对时空观念相矛盾，因为在经典物理 学中，时间和空间是绝对的，物理定律在不同的参照系中会 有所不同。
光速是恒定的，与观察者的参考系无关
这一假设表明光在真空中的速度对于 所有观察者都是一样的，无论观察者 的运动状态如何。这是狭义相对论中 最基本、最重要的假设之一。
这个假设与经典物理学中的光速可变 观念相矛盾，因为在经典物理学中， 光速会随着观察者的参考系而有所不 同。
03
时间膨胀和长度收缩
时间膨胀
总结词
时间膨胀是狭义相对论中的一个重要概念，指在高速运动的参考系中，时间相对于静止参考系会变慢 。
详细描述
根据狭义相对论，当物体以接近光速运动时，其内部的时间会相对于静止参考系减慢，这种现象被称 为时间膨胀。这是由于在高速运动状态下，物体的时间进程受到相对论效应的影响。