高二物理人教版选修3-4学案 第十五章 1　相对论的诞生+2　时间和空间的相对性 Word版含解析

第十五章　相对论简介 1　相对论的诞生 2　时间和空间的相对性 一只苍蝇从一列时速300千米的火车里起飞，按理说，它的飞行时速至少要达到300千米才能追得上火车． 请问：当它起飞后，它是会被甩到车尾摔死，还是安然无恙？ 提示：苍蝇起飞前相对火车静止，所以已经拥有火车300千米的时速，因此起飞后安然无恙． 1971年人类将三只铯原子钟分别放到地面和喷气式飞机上验证相对论：在地面将三个铯原子钟调整同步，把两个分别放在向东、向西在赤道上空高速飞行的飞机上，飞行一周后与留在地面的铯原子钟比较，你认为三只铯原子钟示数还一样吗？ 提示：不一样，飞机上的原子钟比地面上的跑得慢，其中向东飞的飞机上的钟比向西飞的更慢(因为地球在自西向东自转)． 考点一 经典的相对性原理 1．惯性系与非惯性系 (1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫惯性系．相对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)非惯性系：牛顿运动定律不能成立的参考系． 　什么是非惯性系？ 例如，我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察到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． 2．经典的相对性原理(伽利略相对性原理) 表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的． 表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的． 3．相对性原理与电磁规律的矛盾 “电磁波的速度是c”如果相对参考系S是正确的，另外还有一个参考系S′相对于S以速度v运动，若依据速度合成法则，光相对于S′的速度应是c－v或者是c＋v，而不是c. 根据伽利略相对性原理，答案是肯定的，但是这种答案被迈克耳孙—莫雷的实验否定了．迈克耳孙—莫雷实验证明了光速是不变的，这和传统的速度合成法则是矛盾的． 不论光源与观察者做怎样的相对运动，光相对于观察者的速度是一样的！ 考点二 狭义相对论的两个基本假设 1．狭义相对论的两个基本假设 (1)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． (2)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． 2．力学的相对性原理和狭义相对论的区别 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动状态． 而狭义相对论指的是物理规律(不论是力学规律还是电磁规律)在所有惯性系中都是相同的，因此各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系．因此狭义相对论所指范围更大，内容更丰富． 【例1】　(多选)下列说法正确的是(　　) A．在以c/100的速度沿竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大 B．在以c/100的速度沿竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小 C．在以c/100的速度沿竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光，对地速度为c D．在以c/100的速度沿竖直方向升空的火箭上沿任一方向发出的光，对地速度都为c 【导思】　根据光速不变原理进行判断． 【解析】　由光速不变原理可知，光速在不同惯性参考系中总是相同的． 【答案】　CD (多选)设某人在速度为0.5c的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是(　CD　) A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 解析：真空中的光速在不同惯性参考系中是相同的． 【例2】　如图所示，光 ... ...