高中物理爱因斯坦心目中的宇宙知识探讨 沪科版 必修2

爱因斯坦心目中的宇宙-知识探讨合作与讨论1.如图 a、b 所示，在火车某车厢中间顶部 O 挂着一盏灯，前后门都有自动装置，使车门一接到光信号便会自动打开.车厢中部站着一个观察者小明，站台上车厢的中点位置站一个观察者小芳(如图 a 所示).请思考：图 a图 b(1)当火车匀速前进时，电灯一亮，在车厢里的小明看来，前后门是否同时打开？(2)站台上的小芳看来，前后门是否也是同时打开的？(3)试述你由此得到什么结论.2.假定列车以速度 v 匀速运动，如图 a、b 所示，静止在车厢里的人手持一个光源，从车厢的地板竖直向上将一束光射向顶部的一面反射镜.设车厢的高度为 d，请思考：图 a 图 b(1)光束在真空中来回往返的过程中，车上的钟走过的时间是多少？(2)地面上的观察者测得该过程经历的时间是多少？(3)试述你由此得到什么结论.3.如图所示，列车以速度 v 匀速运动，在车厢里的人量得车厢高为 d，一相对于车厢静止的尺子的长度为 L0，请思考：(1)地面上的人量得的车厢高度为多少？(2)地面上的人测得尺子的长度为多少？(3)试述你对此的看法.4.试述爱因斯坦的质量公式和质能关系.我的思路:1.在车厢里的小明看来，前后两门同时打开；由于前门、后门跟随火车一起前进，在车站上的小芳看来灯光传到前门的距离，大于传到后门的距离如图 b 所示，又由于光速不变，因而在小芳看来后门先开.由此可见，对列车参考系来说是同时的事件，对站台参考系是不同时的.两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关，即不存在全宇宙普适的同时性概念.用心 爱心 专心2.光束在真空中来回往返的过程中，车上的钟走过的时间是 Δt′=；地面上的观察者测得该过程经历的时间是 Δt=，整理得：Δt=.由此可见，Δt＞Δt′.因此我们说运动的钟(如上述车里的钟)比静止的钟(如上述地面的钟)走得慢.需要说明的是，相对论所说的“钟”(即计时器)都是标准钟，走的一样快.每个惯性系的观测者都是使用静止于该参考系中的时钟进行有关时间的观测的.对同一物理过程经历的时间，在不同惯性系中观测，测得的结果不同，这是相对论时空观的体现，是一种观测效应.不是时钟走得快或慢了，也不是被观测过程的节奏变化了.3.地面上的人量得车厢高度仍为 d；由 L0=vΔt，L=vΔt′及 Δt′=Δt，所以 L=L0；由此可见，在不同惯性系中的观测者对同一物体的同一个空间广延性进行观测，测得的结果不同，该效应称为长度收缩效应，是狭义相对论时空观的一种体现，并不是物体本身发生...