高中物理 第6章 相对论与天体物理 第2节 爱因斯坦眼中的世界教案 鲁科版选修3-4-鲁科版高二选修3-4物理教案VIP免费

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Δt′，地面观察者测得的时间间隔为Δt，两者之间关系为Δt=.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30m的火箭以3km/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′=30m.如果火箭的速度为v=3×103m/s，地面观察者测得的火箭长l为l=l′=30×1-m=29.999m.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′=30×m=26m.答案：29.999m30m26m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，vB＜vC，地面上的观察者认为哪个时针走得最慢？哪个...