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第2节 爱因斯坦眼中的世界课堂互动三点剖析一、狭义相对论的两条基本原理 狭义相对论的两条基本原理分别是狭义相对性原理和光速不变原理.狭义相对性原理是指物理规律（力学、电磁学、光学等）对于所有惯性系都有相同的形式.光速不变原理是指在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关.这两条基本原理只涉及惯性系中的物理规律，因此，相对论的这部分内容叫做狭义相对论.【例1】下列几种说法：（1）所有惯性系对物理基本规律都是等价的.（2）在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关.（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同.其中正确的是（ ）A.只有（1）（2）是正确的 B.只有（1）（3）是正确的C.只有（2）（3）是正确的 D.三种说法都是正确的解析：狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的，即（1）（2）都是正确的.光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的.即光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的.答案：D二、狭义相对论中的时间与空间1.“同时”的相对性狭义相对论的时空观认为：同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的.2.时间间隔的相对性运动的人认为两个事件时间间隔为t，地面观察者测得的时间间隔为t，两者之间关系为t=.3.长度的相对性 在相对论中，如果与杆相对静止的人认为杆的长度为L0时，则与杆相对运动的人认为杆长是L，那么两者之间的关系为：L=L0,即长度缩短.4.相对论的时空观：相对论认为空间和时间之间是有联系的，与物质的运动状态有关.5.相对性与绝对性：时空量度是相对的，但客观事物的存在、发生与发展的过程又是绝对的，不以观察者所处的参考系的不同而改变.【例2】 一列火车以速度v相对地面运动，如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁（如图6-2-1），那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？图6-2-1解析：火车上的人测得闪光先到达前壁.由于地面上的人测得闪光同时到达前后两壁，而在光向前后两壁传播的过程中，火车相对于地面向前运动一段距离，所以光源发光的位置一定离前壁较近，这个事实对于车上、车下的人都是一样的，在车上的人看来，既然发光点离前壁较近，各个方向的光速又是一样的，当然闪光先到达前壁.答案：光到达前壁三、相对论的速度叠加相对论速度变换公式：若车对地面的速度为v，车上的一高速粒子以速度u沿火车前进的方向相对火车运动，那么此粒子相对于地面的速度u为u=.【例3】 光子火箭船相对地面以v1=0.9c沿+x方向飞行，光子炮弹相对于飞船以速度v2=0.9c向前射出，求从地面观测到的光子炮弹的速度.解析：以地面为S系，以火箭为S系，则v=v1=0.9c,ux=v2=0.9c，所以ux=0.994c.答案：0.994c各个击破类题演练1考虑几个问题：（1）如图6-2-2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？图6-2-2（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：根据狭义相对论理论，光速是不变的，都应是c.答案：三种情况都是c.变式提升1为光速不变原理提供有力证据的实验是什么实验？答案：迈克尔逊莫雷实验.类题演练2一支静止时长30 m的火箭以3 km/s的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的二分之一呢？解析：火箭相对于火箭上的人是静止的，所以不管火箭的速度是多少，火箭上的人测得的火箭长与静止时相同，为l=30 m.如果火箭的速度为v=3103 m/s，地面观察者测得的火箭长l为l=l=301-m=29.999 m.如果火箭的速度为v=c2,地面观察者测得的火箭长l为l=l=30m=26 m.答案：29.999 m 30 m 26 m变式提升2A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC，地面上的观察者认为哪个时针走得最慢？哪个走得最快？图6-2-3解析：地面上的观察者认为C钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大.根据公式t=可知，相对于观察者的速度v越大，其上的时间进程越慢.地面钟v=0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面钟走得最快.答案：A最快 C最慢类题演练3在一列相对于地面的速度为v的高速行驶的火车上有一人以速度（相对车)u沿着火车前进方向相对火车运动，根据相对论速度叠加公式，回答下列两个问题.（1)人相对于地面的速度与人的速度和火车速度之和，哪个更大？（2)如果人和火车的速度足够大，人相对于地面的速度能否超光速？解析：（1）人相对地面的速度应为u1=人和火车的速度之和为u2=u+v.很明显u1u2.（2）假设人和火车的速度都已达到光速c.此根据相对论的速度叠加公式u=u+=c.仍不会超过光速.答案：速度之和更大，不会.变式提升3两个电子相向运动，每个电子对于实验室的速度都是c，它们的相对速度是多少？计算结果中的光速c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c的速度向右运动，即O系相对于O系速度为v=c.甲电子相对于O系的速度为u=c.这样，甲电子相对于乙电子的速度就是在O系中观测到的甲电子的速度u，根据相对论的速度合成公式，这个速度是u=c.答案：c6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375
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