相对论的诞生 基础知识 基本技能 1．经典的相对性原理 (1)惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系，例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋、树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，这里加速的车厢就是非惯性系。 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。 (2)伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性参考系都是平权的。 【例1】如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m＝5 kg的小球，正随车厢一起以20 m/s的速度匀速前进。现在给小球一个水平向前的F＝5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？ 解析：对车上的观察者：物体的初速v0＝0，加速度a＝＝1 m/s2 10 s时速度v1＝at＝10 m/s 对地上的观察者：物体初速度v0＝20 m/s 加速度相同a＝＝1 m/s2 10 s末速度v0＝v0＋at＝30 m/s。 答案：10 m/s 30 m/s 2．迈克耳孙—莫雷实验 (1)实验装置： (2)实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动。 (3)实验结论：光沿任何方向传播时，相对于地球的速度是相同的，光速的不变性证明了当时很多人认为的以太参考系是不存在的。 【例2】迈克耳孙—莫雷实验说明了以下哪些结论( ) A．以太不存在 B．光速的合成满足经典力学法则 C．光速不变 D．光速是相对的，与参考系的选取有关 解析：迈克耳孙—莫雷实验证明了光速不变的原理，同时也说明以太作为光速的参考系是不存在的。 答案：AC 3．狭义相对论的两个基本假设 第一个假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，即自然界不存在特殊的惯性参考系，对于一切物理现象的描述来说，所有惯性系都是等效的。 第二个假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关。 释疑点：光速不变原理 光速不变原理与迈克耳孙—莫雷实验的结论相同，但迈克耳孙—莫雷实验结论是在有限的几次实验中得到的，不能称其为理论，只能通过假设然后再应用到实践中进行检验。 【例3】(江苏高考)如图所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为_____。(填写选项前的字母) A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c 解析：由光速不变原理知光速与参考系的选取无关，D项正确。 答案：D 基本方法 基本能力 4．狭义相对论的理解 (1)实验基础 不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是一样的。 (2)两个基本假设 狭义相对性原理 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 【例4】考虑几个问题： (1)如图所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？ (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：根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c＋v，第三种情况应是c－v，此种解法是不对的，而根据狭义相对论理论知，光速是不变的，都应是c。 答案：三种情况都是c。 思维拓展 创新应用 5．经典理论与相对论的比较 力学的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律；或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的、平权的。因此无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运 ... ...
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