高中物理 第5章 新时空观的确立章末分层突破教师用书 沪科版选修3-4-沪科版高二选修3-4物理学案VIP专享VIP免费

第5章新时空观的确立[自我校对]①狭义相对性②光速不变③l④⑤⑥mc21狭义相对论1.狭义相对论的基本原理(1)狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学等)对于所有惯性系都具有相同的形式.(2)光速不变原理：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.2.时间的相对性运动的时钟变慢：Δt＝.3.长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小.公式为l＝l0.如图51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，一相对于车厢静止放在地板上的尺子的长度为L0.请思考：图51(1)地面上的人量得的车厢高度为多少？(2)地面上的人测得的尺子的长度为多少？【解析】(1)在垂直于运动方向上长度不变，所以在竖直方向上车厢高度不变，所以地面上的人量得车厢高度为d.(2)由长度的相对性，尺子的长度为：L＝L0.【答案】(1)d(2)L0解决长度的相对性问题，应当注意1.“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，这种长度收缩并非幻觉，并非看上去短了，它的确变短了，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动的速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著.2.在具体计算中要明确，长度收缩指的是只在物体运动方向上的长度收缩，在垂直于运动方向上的长度没有变化.广义相对论1.广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系(包括非惯性系)中物理规律都是相同的.(2)等效原理：匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分.2.广义相对论的时空结构——弯曲时空2(1)引力场中，时钟变慢.(2)在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了弯曲.下列说法中正确的是()A.光线在引力场中仍沿直线传播B.强引力场作用可使光谱线向红端偏移C.引力场越强的位置，时间进程越慢D.引力场越强的位置，时间进程越快E.由于物质的存在，实际的空间是弯曲的【解析】根据广义相对论的结论，由于太阳引力场的影响，使得光线发生弯曲，A错误.强引力场作用使光的波长变长、频率变低，所以光谱线向红端偏移，B正确.引力场越强的位置，时间进程越慢，所以C正确、D错误.物质的引力使得空间变形，发生弯曲，所以E正确.【答案】BCE1.(2016·江苏高考改编)一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是________.A.飞船上的观测者测得该飞船的长度等于30mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于cE.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度等于c【解析】飞船上的观测者相对飞船静止，测得飞船的长度为飞船静止时的长度l0＝30m，选项A正确；地球上的观测者与飞船有相对运动，测得飞船的长度l＝l0＜l0，故应小于30m，选项B正确；狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理，即飞船上和地球上的观测者测得的光信号速度都等于c，选项C、D错误，E正确.【答案】ABE2.(2013·江苏高考)如图2所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c).地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________.图2【解析】根据长度的相对性得L＝L0所以A测得两飞船间的距离L0＝＞L根据狭义相对论的基本假设，光信号的速度为光速c.【答案】大于c(或光速)3.(2016·苏州一中检测)假如一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v＝0.9c的火箭飞往大角星，而后又飞回地球.根据A在地球上的观测，大角星离地球有40光年远，这次B往返飞行经历时间为80.8年.如果B在离开地球时，他们的年龄都为20岁，则当B回到地球时，A的年龄为________3岁，B的年龄为________岁.【解析】设B在火箭惯性系中经历的时间为t′，根据时间延缓效应得：t＝，即80.8＝，解得t′＝35.2年.所以B回到地球时的年龄为20＋35.2＝55.2(岁).A的年龄为100.8岁.【答案】100.855.24