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2 沪科版必修2

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堂互动三点剖析一、狭义相对论的两条基本公设（1）相对性原理：物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式.在某个惯性系中，描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统该过程作出描述的物理定律皆保持不变.（2）光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空的光速c都一样.在一切惯性系中观测的真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为c，与光源或观察者的运动无S.【例1】 一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁对这两个事件说法正确的是（ ）A车上的观察者认为两个事件是同时的B车上的观察者认为光先到达后壁C地面上的观察者认为两个事件是同时的D地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些解析：因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁，A对地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度对地面也是相同的，但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，故D也对.答案：AD温馨提示 时间间隔的相对性时钟相对于观察者静止时，走得快，即时间间隔变短；相对于观察者运动时观察者会看到它变慢，即时间间隔变长，也可说成运动的时钟变慢生活中的速度都太小，同时的相对性觉察不到，体现了经典力学的特点，错选C.二、相对论时空观的理解1时间延缓效应 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，闪光照到了车厢的前壁和后壁.车上的观察者认为两个事件是同时的，在他看来这很好解释，因为车厢是惯性系，光向前、向后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁.车下的观察者则不以为然，他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁.他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、向后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行驶了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达车厢前壁的时刻也就晚些，这两个事件不同时.2运动的时钟变慢 假设车厢地板上有一个光源，发出一个闪光.对于车上的观察者来说，闪光到达光源正上方h高处的小镜后被反射，回到光源位置，往返所用的时间为t；对于地面上的观察者来说，情况有所不同.从地面上看，在光的传播过程中，火车向前运动了一段距离，因此被小镜反射后又被光源接收的闪光路径是沿折线的，所用时间为t，则有t=，因为分母中1-()21，所以总有tt.3运动物体的长度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，即l=l0，因为1-()21，所以有ll0.4物体质量随速度的增加而增大：当速度接近光速时，质量趋于无穷大.如果物体的运动速度比光速小很多，物体运动的质量和物体静止时的质量相等.关系式：m=.5质能关系 爱因斯坦著名的质能关系式是：E=mc2，当物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的增加或减少.如果用m表示物体质量的变化，E表示能量的变化量，那么它们的关系可以表示为E=mc2.【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，那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是先到达后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？答案：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壁，而在光向前后两壁传播的过程中，火车要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.各个击破类题演练 1 如图6-3-1所示，地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说，哪个事件先发生？图6-3-1解析：可以设想在事件A、B发生时，A、B处各发出一个闪光.然后将“两闪光相遇”作为一个事件，发生在线段AB的中点，这在不同参考系中看都是一样的.“相遇在中点”这个现象在地面参考系中很容易解释：两个闪光同时发出，两个闪光传播的速度一样，当然在线段的中点相遇.火箭上的人则有如下的推理：地面在向火箭方向运动，从闪光发出到两闪光相撞，线段中点向火箭的方向运动了一段距离.因此闪光B传播的距离比闪光A长些，既然两个闪光的光速相同，一定是闪光B发出的早些.答案：B事件先发生变式提升 1 在沿直线匀速高速行驶汽车的地板上，有一个光源，发出了一个闪光，闪光到达光源正上方h高处的小镜后被反射回到光源位置，往返所用的时间为t则下列说法正确的是（ ）A车上的人认为时间为t2hcB车上的人认为时间为t2hcC地上的人认为时间为t2hcD地上的人认为时间为t2hc解析：车上的人认为闪光沿竖直方向到达小镜又沿竖直方向被反射，所以A对车下的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的，故路程较远，而光速又不变，时间较长，C对答案：AC类题演练 2 一个杆沿着车厢运动的方向固定在火车上，和车一起运动在火车上的人看来，杆是静止的，测得杆长为L，地面上的人认为车是运动的，测得杆长为L.则下列说法中正确的是（ ）A地面上的人与车上的人测得杆长相等，即LLB地面上的人与车上的人测得杆长不相等，即LLC地面上的人与车上的人测得杆长不相等，即LLD测得的长度无法比较解析：在火车上的人看来，杆是静止的，地面上的人看到杆在运动，因动杆变短，故地面上的人测得的长度较小答案：B变式提升 2 如图6-3-2所示，A、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、vC朝同一方向飞行，且vBvC.地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？图6-3-2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.地面时钟v0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面时钟走得最快.答案：C钟走得最慢；A钟走得最快.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375