高中物理 第六章 經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代物理 6.2 狹義相對(duì)論的基本原理 6.3 愛因斯坦心目中的宇宙素材2 滬科版必修2

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1、 6.2 狹義相對(duì)論的基本原理 6.3 愛因斯坦心目中的宇宙課堂互動(dòng) 三點(diǎn)剖析 一、狹義相對(duì)論的兩條基本公設(shè) （1）相對(duì)性原理：物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式.在某個(gè)慣性系中，描述某個(gè)物理系統(tǒng)的某個(gè)物理過程的物理定律，在其他一切慣性系中對(duì)該系統(tǒng)該過程作出描述的物理定律皆保持不變.（2）光速不變?cè)恚涸谝磺袘T性參考系中，測(cè)量到的真空的光速c都一樣.在一切慣性系中觀測(cè)的真空中傳播的同一束光，不論沿任何方向，其速度大小都為c，與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無S. 【例1】 一列很長(zhǎng)的火車在沿平直車道飛快地勻速行駛，車廂中央有一個(gè)光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照到車廂的前壁和后壁．對(duì)這兩個(gè)事件說

2、法正確的是（ ） A．車上的觀察者認(rèn)為兩個(gè)事件是同時(shí)的 B．車上的觀察者認(rèn)為光先到達(dá)后壁 C．地面上的觀察者認(rèn)為兩個(gè)事件是同時(shí)的 D．地面上的觀察者認(rèn)為光到達(dá)前壁的時(shí)刻晚些 解析：因?yàn)檐噹莻€(gè)慣性系，光向前、后傳播的速度相同，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會(huì)同時(shí)到達(dá)前后兩壁，A對(duì)．地面上的觀察者認(rèn)為地面是一個(gè)慣性系，閃光向前、后傳播的速度對(duì)地面也是相同的，但閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進(jìn)了一段距離，所以向前的光傳播的路程長(zhǎng)些，到達(dá)前壁的時(shí)間也就晚些，故D也對(duì). 答案：AD 溫馨提示 時(shí)間間隔的相對(duì)性．時(shí)鐘相對(duì)于觀察者靜止時(shí)，走得快，即時(shí)間間隔變短；相對(duì)于觀察者運(yùn)

3、動(dòng)時(shí)觀察者會(huì)看到它變慢，即時(shí)間間隔變長(zhǎng)，也可說成運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢．生活中的速度都太小，同時(shí)的相對(duì)性覺察不到，體現(xiàn)了經(jīng)典力學(xué)的特點(diǎn)，錯(cuò)選C. 二、相對(duì)論時(shí)空觀的理解 1．時(shí)間延緩效應(yīng) 假設(shè)一列很長(zhǎng)的火車在沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央有一個(gè)光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁.車上的觀察者認(rèn)為兩個(gè)事件是同時(shí)的，在他看來這很好解釋，因?yàn)檐噹菓T性系，光向前、向后傳播的速度相同，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會(huì)同時(shí)到達(dá)前后兩壁.車下的觀察者則不以為然，他觀測(cè)到，閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁.他的解釋是：地面也是一個(gè)慣性系，閃光向前、向后傳播的速度對(duì)地面也是相同的，但是在閃光飛向

4、兩壁的過程中，車廂向前行駛了一段距離，所以向前的光傳播的路程長(zhǎng)些，到達(dá)車廂前壁的時(shí)刻也就晚些，這兩個(gè)事件不同時(shí). 2．運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢 假設(shè)車廂地板上有一個(gè)光源，發(fā)出一個(gè)閃光.對(duì)于車上的觀察者來說，閃光到達(dá)光源正上方h高處的小鏡后被反射，回到光源位置，往返所用的時(shí)間為Δt′；對(duì)于地面上的觀察者來說，情況有所不同.從地面上看，在光的傳播過程中，火車向前運(yùn)動(dòng)了一段距離，因此被小鏡反射后又被光源接收的閃光路徑是沿折線的，所用時(shí)間為Δt，則有Δt=，因?yàn)榉帜钢?-()2＜1，所以總有Δt＞Δt′. 3．運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度縮短 一個(gè)物體相對(duì)于觀察者靜止時(shí)，它的長(zhǎng)度測(cè)量值最大；相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)

5、，觀察者在運(yùn)動(dòng)方向上觀測(cè)，它的長(zhǎng)度要縮短，速度越快，縮得越短，即l=l0，因?yàn)?-()2＜1，所以有l(wèi)＜l0. 4．物體質(zhì)量隨速度的增加而增大：當(dāng)速度接近光速時(shí)，質(zhì)量趨于無窮大.如果物體的運(yùn)動(dòng)速度比光速小很多，物體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量和物體靜止時(shí)的質(zhì)量相等.關(guān)系式：m=. 5．質(zhì)能關(guān)系 愛因斯坦著名的質(zhì)能關(guān)系式是：E=mc2，當(dāng)物質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時(shí)，必然伴隨著能量的增加或減少.如果用Δm表示物體質(zhì)量的變化，ΔE表示能量的變化量，那么它們的關(guān)系可以表示為ΔE=Δmc2. 【例2】 一列火車以速度v相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)，如果地面上的人測(cè)得某光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前壁和后壁，那么按照火車上人

6、的測(cè)量，閃光先到達(dá)前壁還是先到達(dá)后壁？火車上的人怎樣解釋自己的測(cè)量結(jié)果？ 答案：火車上的人測(cè)得，閃光先到達(dá)前壁.由于地面上的人測(cè)得閃光同時(shí)到達(dá)前后壁，而在光向前后兩壁傳播的過程中，火車要相對(duì)于地面向前運(yùn)動(dòng)一段距離，所以光源發(fā)光的位置一定離前壁較近，這個(gè)事實(shí)對(duì)于車上、車下的人都是一樣的.在車上的人看來，既然發(fā)光點(diǎn)離前壁較近，各個(gè)方向的光速又是一樣的，當(dāng)然閃光先到達(dá)前壁. 各個(gè)擊破 類題演練 1 如圖6-3-1所示，地面上A、B兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，對(duì)于坐在火箭中沿兩個(gè)事件發(fā)生地點(diǎn)連線飛行的人來說，哪個(gè)事件先發(fā)生？ 圖6-3-1 解析：可以設(shè)想在事件A、B發(fā)生時(shí)，A、B處各發(fā)出

7、一個(gè)閃光.然后將“兩閃光相遇”作為一個(gè)事件，發(fā)生在線段AB的中點(diǎn)，這在不同參考系中看都是一樣的.“相遇在中點(diǎn)”這個(gè)現(xiàn)象在地面參考系中很容易解釋：兩個(gè)閃光同時(shí)發(fā)出，兩個(gè)閃光傳播的速度一樣，當(dāng)然在線段的中點(diǎn)相遇.火箭上的人則有如下的推理：地面在向火箭方向運(yùn)動(dòng)，從閃光發(fā)出到兩閃光相撞，線段中點(diǎn)向火箭的方向運(yùn)動(dòng)了一段距離.因此閃光B傳播的距離比閃光A長(zhǎng)些，既然兩個(gè)閃光的光速相同，一定是閃光B發(fā)出的早些. 答案：B事件先發(fā)生 變式提升 1 在沿直線勻速高速行駛汽車的地板上，有一個(gè)光源，發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光到達(dá)光源正上方h高處的小鏡后被反射回到光源位置，往返所用的時(shí)間為Δt．則下列說法正確的

8、是（ ） A．車上的人認(rèn)為時(shí)間為Δt＝2h／c B．車上的人認(rèn)為時(shí)間為Δt＞2h／c C．地上的人認(rèn)為時(shí)間為Δt＞2h／c D．地上的人認(rèn)為時(shí)間為Δt＝2h／c 解析：車上的人認(rèn)為閃光沿豎直方向到達(dá)小鏡又沿豎直方向被反射，所以A對(duì)．車下的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線傳播的，故路程較遠(yuǎn)，而光速又不變，時(shí)間較長(zhǎng)，C對(duì)． 答案：AC 類題演練 2 一個(gè)桿沿著車廂運(yùn)動(dòng)的方向固定在火車上，和車一起運(yùn)動(dòng)．在火車上的人看來，桿是靜止的，測(cè)得桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，地面上的人認(rèn)為車是運(yùn)動(dòng)的，測(cè)得桿長(zhǎng)為L(zhǎng)′.則下列說法中正確的是……（ ） A．地面上的人與車上的人測(cè)得桿長(zhǎng)相等，即L＝L′

9、 B．地面上的人與車上的人測(cè)得桿長(zhǎng)不相等，即L＞L′ C．地面上的人與車上的人測(cè)得桿長(zhǎng)不相等，即L＜L′ D．測(cè)得的長(zhǎng)度無法比較 解析：在火車上的人看來，桿是靜止的，地面上的人看到桿在運(yùn)動(dòng)，因動(dòng)桿變短，故地面上的人測(cè)得的長(zhǎng)度較?。? 答案：B 變式提升 2 如圖6-3-2所示，A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個(gè)火箭上，以速度vB、vC朝同一方向飛行，且vB＜vC.地面上的觀察者認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢？哪個(gè)走得最快？ 圖6-3-2 解析：地面上的觀察者認(rèn)為C鐘走得最慢，因?yàn)樗鄬?duì)于觀察者的速度最大.根據(jù)公式Δt=可知，相對(duì)于觀察者的速度v越大，其上的時(shí)間進(jìn)程越慢.地面時(shí)鐘v＝0，它所記錄的兩事件的時(shí)間間隔最大，即地面時(shí)鐘走得最快. 答案：C鐘走得最慢；A鐘走得最快. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375