【紅對勾】高考物理 相對論簡介課件

課時2相對論簡介知識點一狹義相對論的基本假設(shè)——知識回顧——1．經(jīng)典相對性原理(1)慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系，相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系．(2)伽利略相對性原理：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是

．相同的2．狹義相對論的兩個基本假設(shè)(1)愛因斯坦相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是

．(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是

．相同的相同的——要點深化——1．慣性系和非慣性系的區(qū)別牛頓運動定律能夠成立的參考系叫慣性系，勻速運動的汽車、輪船等作為參考系就是慣性系．牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系．例如我們坐在加速的車廂里，以車廂為參考系觀察路邊的樹木房屋向后方加速運動，根據(jù)牛頓運動定律，房屋樹木應(yīng)該受到不為零的合外力作用，但事實上沒有，也就是牛頓運動定律不成立．這里加速的車廂就是非慣性系．2．伽利略相對性原理的其他表述：(1)在一個慣性參考系內(nèi)進行任何力學(xué)實驗都不能判斷它是否在相對于另一個慣性參考系做勻速直線運動．(2)任何慣性系都是平權(quán)的．3．光速是極限速度根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可以直接得到真空中電磁波的速度是光速c.那么此速度相對于哪個參考系？如果它相對于參考系S是正確的，另外還有一個參考系S′，S′相對于S以速度v運動，若依據(jù)速度合成法則，光相對于S′的速度應(yīng)是c－v，或者是c＋v，而不是c，若是c＋v，這不是就存在“超光速”了？事實上由相對論可知，光速為極限速度，是不變的，因此伽利略速度合成法則在這里是不適用的．——基礎(chǔ)自測——

(2010·北京高考)屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中()A．真空中光速不變 B．時間間隔具有相對性C．物體的質(zhì)量不變 D．物體的能量與質(zhì)量成正比解析：由愛因斯坦狹義相對論基本假設(shè)可知選項A正確．答案：A知識點二狹義相對論的時空觀——知識回顧——1．時間的相對性(1)同時的相對性：在一個慣性參考系中“同時”發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性參考系中可能是不同時的，即同時是相對的．(2)時間間隔的相對性：當(dāng)從地面觀察以速度v前進的火車時，車上的時間進程變慢了，不僅時間變慢了，物理、化學(xué)過程和生命的過程都變慢了．這稱為時間膨脹．2．空間的相對性(1)長度的相對性：相對地面以速度v運動的物體，從地面上看，沿著運動方向上的長度變短了，速度越大，變短的越多．———要1．經(jīng)典物理學(xué)時空觀與相對論時空觀的區(qū)別經(jīng)典物理學(xué)認為空間和時間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對的，空間與時間之間是沒有聯(lián)系的．而相對論則認為空間和時間與物質(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān)．在一個確定的參考系中觀察，運動物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時間進程)都跟物體的運動狀態(tài)有關(guān)．相對論更具有普遍性，經(jīng)典物理學(xué)時空觀是相對論在低速運動時的特例．2．“同同時”的相對性性理解狹義相對對論的時時空觀認認為：同同時是相相對的，，即在一一個慣性性系中不不同地點點同時發(fā)發(fā)生的兩兩個事件件，在另另一個慣慣性系中中不一定定是同時時的．用用愛因斯斯坦列車車加以說說明：如圖1所示示，火火車以以v勻速直直線運運動，，車廂廂中央央有一一閃光光燈發(fā)發(fā)出光光信號號，光光信號號到車車廂前前壁為為事件件1，，到后后壁為為事件件2；；地面面為S系，列列車為為S′系．．圖1在S′系中中，A以速度度v向光接接近，，B以速度度v離開光光，事事件1與事事件2同時時發(fā)生生．在S系中，，光信信號相相對車車廂的的速度度v1′＝c－v，v2′＝c＋v，事件件1與與事件件2不不是同同時發(fā)發(fā)生．．即S′系中中同時時發(fā)生生的兩兩個事事件，，在S系中觀觀察卻卻不是是同時時發(fā)生(1)觀察察運動動的物物體其其長度度要收收縮，，收縮縮只出出現(xiàn)在在運動動方向向．固有長長度值值最大大．如如圖2所示示．圖2(2)低速速空間間相對對論效效應(yīng)可可忽略略．(3)長度度收縮縮是相相對的的，K系認為為靜止止在K′系中中的尺尺收縮縮，反反之，，K′系認認為靜靜止在在K系中的的尺收收縮．．——基基礎(chǔ)自自測———長度測量與與被測物體體相對于觀觀察者的運運動有關(guān)，，物體在運運動方向長長度縮短了了．一艘宇宇宙飛船的的船身長度度為L0＝90m，相對地地面以u＝0.8c的速度在一一觀測站的的上空飛過過．(1)觀測測站測得飛飛船的船身身通過觀測測站的時間間間隔是多多少？(2)宇航航員測得船船身通過觀觀測站的時時間間隔是是多少？答案：(1)2.25×10－7s'(2)3.75×10－7s答案：AD題型一狹義相對性性原理的應(yīng)應(yīng)用[例1]如圖3所示示，設(shè)慣性性系K′相對于慣慣性系K以勻速v＝c/3沿x軸方向運動動．在K′系的x′y′平面內(nèi)靜靜止一長為為5m、、并與x′軸軸成成30°°角角的的桿桿．．試試問問：：在在K系中中觀觀察察到到此此桿桿的的長長度度和和桿桿與與x軸的的夾夾角角為為多多大大？？圖3圖圖4[解解析析]如圖圖4.在K′系系中中，，桿桿在在x′、、y′軸軸上上的的投投影影L′x、L′y分別別為為L′x＝L′··cosα′，，L′y＝L′sinα′.式中中，，L′為為K′系系中中測測得得的的桿桿長長，，即即固固有有長長度度；；α′為為桿桿與與x′軸軸的的夾夾角角．．由由于于K和K′系系僅僅在在x軸方方向向有有相相對對運運動動，，故故在在K系中中，，桿桿在在x軸方方向向的的投投影影Lx有收收縮縮，，而而在在y軸方方向向的的投投影影Ly則沒沒有有變變化化．．即即在以以上上兩兩式式中中，，代代入入題題給給的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，我我們們不不難難算算出出L≈4.79m，，α＝31.48°°.即在在K系中中觀觀察察到到這這根根高高速速運運動動的的桿桿長長，，長長度度要要縮縮短短，，空變式1—1慣性系S中有一邊長為為l的正方形(如如圖5所示)，從相對S系沿x方向以接近光光速勻速飛行行的飛行器上上測得該正方方形的圖象是是()圖5解析：由相對論知識識可知，沿運運動方向，物物體的長度將將變短，而其其他方向物體體長度不會發(fā)發(fā)生變化，因因此，C正確確，ABD錯錯誤．答案：C題型二質(zhì)速關(guān)系的應(yīng)應(yīng)用[例2]兩個電子相向運動．每個電子對于實驗室的速度都是0.8c，它們的相對速度是多少？在實驗室中觀測，每個電子的質(zhì)量是多少？計算結(jié)果中的光速c和電子的靜止質(zhì)量m不必代入數(shù)值．[解析]設(shè)在實驗室中中觀察，甲電電子向右運動動，乙電子向向左運動．若若以乙電子為為“靜止”參參考系，即O系，實驗室(記為O′系)就以0.8圖6變式2—1一粒子子以0.05c的速率率相對對實驗驗室參參考系系運動動．此此粒子子衰變變時發(fā)發(fā)射一一個電電子，，電子子相對對于粒粒子的的速度度為0.8c，電子子的衰衰變方方向與與粒子子運動動方向向相同同．求求電子子相對對于實實驗室室參考考系的的速度度．答案：：0.817c題型三三質(zhì)能方方程的的應(yīng)用用[例3]聯(lián)合國國將2005年年定為為“國國際物物理年年”，，以紀紀念愛愛因斯斯坦對對物理理學(xué)的的巨大大貢獻獻．對對于愛愛因斯斯坦提提出的的質(zhì)能能方程程E＝mc2，以以下下看看法法中中正正確確的的是是()A．．E＝mc2表明明物物體體具具有有的的能能量量與與其其質(zhì)質(zhì)量量成成正正比比B．．E＝mc2中的的E表示示發(fā)發(fā)生生核核反反應(yīng)應(yīng)過過程程中中釋釋放放的的核核能能C．．根根據(jù)據(jù)ΔE＝Δmc2可以以計計算算核核反反應(yīng)應(yīng)中中釋釋放放的的核核能能D．．ΔE＝Δmc2表示示發(fā)發(fā)生生的的質(zhì)質(zhì)量量虧虧損損Δm轉(zhuǎn)變變?yōu)闉槟苣芰苛喀釋放放出出來來[解解析析]愛因因斯斯坦坦質(zhì)質(zhì)能能方方程程E＝mc2表明明物物體體具具有有的的總總能能量量與與它它的的質(zhì)質(zhì)量量之之間間存存在在正正比比關(guān)關(guān)系系，，并并不不是是指指核核反反應(yīng)應(yīng)過過程程中中釋釋放放的的核核能能，，故故選選項項B錯錯誤誤．．ΔE＝Δmc2中的的Δm不一一定定是是指指質(zhì)質(zhì)量量虧虧損損，，也也可可能能是是增增加加的的質(zhì)質(zhì)量量，，它它描描述述的的是是Δm與ΔE的對對應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系．．故故選選項項D錯錯誤誤．．[答答案案]AC題后后反反思思在核反應(yīng)應(yīng)中虧損損的質(zhì)量量與釋放放的能量量之間存存在著ΔE＝Δmc2的對應(yīng)關(guān)關(guān)系，質(zhì)質(zhì)能方程程E＝mc2表明物體體具有的的總能量量與它的的質(zhì)量之之間存在在正比關(guān)關(guān)系，并并不是指指核反應(yīng)應(yīng)過程中中釋放的的核能，，也并不不能說明明質(zhì)量與與能量之之間可以以相互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，僅僅說明質(zhì)質(zhì)量與能能量之間間存在著著一種對對應(yīng)關(guān)系系．變式3——1一個軸核核衰變?yōu)闉殁Q核時時釋放出出一個α粒子，已已知軸核核的質(zhì)量量為3.853131×10－25kg，釷釷核的質(zhì)質(zhì)量為3.786567×10－25kg，α粒子的質(zhì)質(zhì)量為6.64672×10－27kg，在在這個衰衰變過程程中釋放放出的能能量等于于__________J(保留兩兩位有效效數(shù)字)．解析：設(shè)核反應(yīng)前前的質(zhì)量和和能量分別別為m1、E1，則：E1＝m1c2，設(shè)核反應(yīng)后后的質(zhì)量和和能量分別別為m2、E2，則：E2＝m2c2，兩式相減得得：ΔE＝Δmc2＝[mU－(mTh＋mα)]c2＝[3.853131－(3.786567＋＋0.0664672)]×10－25×(3×108)2J≈8.7×10－13J.答案：8.7×10－13C．當(dāng)物體以以較小的速度度運動時，質(zhì)質(zhì)量變化十分分微弱，經(jīng)典典力學(xué)理論仍仍然適用，只只有當(dāng)物體以以接近光速運運動時，質(zhì)量量變化才明顯顯，故經(jīng)典力力學(xué)適用于低低速運動，而而不適用于高高速運動D．通常由于于物體的速度度太小，質(zhì)量量的變化引不不起我們的感感覺，在分析析地球上物體體的運動時，，不必考慮質(zhì)質(zhì)量變化解析：公式中的m0是物體的靜止止質(zhì)量；在v遠小于光速時時，經(jīng)典力學(xué)學(xué)依然成立，，故選項A、、B錯而C、、D對．答案：CD2．在狹義相相對論中，下下列說法中哪哪些是正確的的()①一切運動物物體相對于觀觀察者的速度度都不能大于于真空中的光光速②質(zhì)量、長度度、時間的測測量結(jié)果都是是隨物體與觀觀察者的相對對狀態(tài)而改變變③慣性系中的的觀察者觀察察一個與他做做勻速相對運運動的時鐘時時，會看到這這個時鐘比與與他相對靜止止的時鐘走得得慢些A．①③是正正確的B．①①②是正確的的C．①②③是是正確的D．②②③是正確的的解析：由愛因斯坦狹狹義相對論可可知，①②③③說法均對，，故選C.答案：C3．對相對論論的基本認識識，下列說A．相對論認為：真空中的光速在不同慣性參照系中都是相同的B．愛因斯坦通過質(zhì)能方程闡明了質(zhì)量就是能量C．在高速運動的飛船中的宇航員會發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上快D．我們發(fā)現(xiàn)豎直向上高速運動的球在水平方向上變扁了解析：本題考查相對論的基本原理．答案：A4．A、B、C是三個完全相相同的時鐘，，A放在地面上，，B、C分別放在兩個個高速運