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知识导航素材鲁科版选修3-4

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1、第2节爱因斯坦眼中的世界思维激活在高速火车上对地面长度的测量和时间的计算与地面上的人一样吗？提示*经典物理学认为■时间和空间是绝对的■是脱离物质而存在的，与物质的运动无关-因此无论是在高速火车上还是在地面上测量的结杲应是相同的.但狭义相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关,在高速火车上4速度大小可与光速相比拟》.对地血长度的测量会比在地血上测的短一些•对吋问的测量会比在地血上测的吋间长一些.自主整理一、狭义相对论的两条其本原理狭义相对性原理：物理规律对于所有惯性系都具有光速不变原理*在任何惯性系屮.光在真牢中的速度与一无关.以上两个原理叫做狭义相对迩狭义相对论只涉及的物理规律.二、狭义

2、相对论屮的时间和空间I•根据狭义相对论，“同时”不再具有绝对的意义，“同时”是，运动的时钟会变—这就杲效应.2•根据狭义相对论■长度与观察者的有走运动的物体在运动方向上发生了这就是效应.三、相对论的速度叠加L狭义相对论的速度叠加公式为由该公式可推知'光速在静止参考系和运动参考系中具有相同的数值是.2.在低速世界■物体的运动可以用來描述•而在高速世界■物体的运动必须用來描述.高手笔记I•对狭义相对论的认识Q

3、）经典的相对性原理不能解释光速问题■从迈克尔逊一莫雷实验的“零结果”出发，爱因斯坦提出了狭义相对性原理和光速不变原理，建立了狭义相对论.同时”的相对性、运动的时钟变慢、运动尺子的长度收

4、缩等，即“动钟变慢”效应和“动尺缩短”效应，是狭义相对论关于时空理论的重要结论•这些效应只有在高速运动的情况下-才会有明显的观测结果'在低速世界中M4•》这些效应可以忽略.根据相对论的时空观可知■时I'可和空间不是脱离物质而存在的■时I'可和空I'可将由于物体运动速度的变化而变化■具有相对性•2•狭义相对论的规律总结<2》长度的相对性0》速度叠加公式弘FVll1+7名师解惑le爱因斯坦的相对论推翻了牛顿的经典物理理论吗'：剖析*当然这种说法错误，首先在牛顿定律基础上建立起来的经典物理学是最基本的定律•爱因斯坦的理论也是伟大的■只是二者适用的范围有区別■经典理论在低速、宏观状态下的应用是正

5、确和相当方便的，而相刈•论不仅在低速、宏观状态，而且在高速、微观世界同样是适用的，因而这种说法是错误的；应该说爱因斯坦的相对论更加完善了牛顿的经典物理理论・2•爱因斯坦的相对论以深奥难懂著称■很多结论与日常经验不一致'那么其小关于时空相对性的论述又获得了哪些实验验证呢剖析，从相对论的有关公式可知■只有当两个参考系的相对速度v可与光速•相比时；时间和空间的相对性才比较明显・冃前的技术述不能使宏观物体达到这样的速度•但是随着对微观粒子研究的不断深入•人们发现■许多情况下粒子的速度会达到光速的M似上.时空的相对性应该是不可忽略的.吋空相对性的最早证据跟宇宙射线的观测有关.u子的寿命不长■只有3

6、.eus其速度为■辆•.在IM#的高空•其运动距离只有的•K要到达地面是不可能的■但实际上从地面是可以测到的•原由是它的速度很大■达到•・这时大气层的厚度不再是IM/而是很短的■这样在的时间内可以到达地面，从而证明了相对论时空观的正确性丿相对论的第一次宏观验证是在朗1年进行的-当吋在地面上将艳原子钟调整同步，然后把四个链原子钟分别放在两架喷气飞机上做环球飞行■一架向东飞.另一架向西飞•两架飞机都在赤道附近的上空高速飞彳工■绕地球飞行一周后回到地面.与留在地面上的艳原子钟进行比较•实验结果与相对论的理论预言符合得很好・讲练互动【例题I]一枚静止时长■的火箭以JFi/s的速度从观察者的身边掠

7、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比度应为多少'：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•火箭上测得的火箭长与静止时相同r为izX■•如果火箭的速度为・/包地面的观察者测得火箭长为3/+（c）2沃XJ1+（）6XJ1-1.0x10-1。如果火箭的速度为時，地面观察者测得的火箭长:L为答案：XIXI2bI绿色通道通常情形下■也就是在低速、宏观状态下，相对论效应微乎英微，绝对时间、绝对长度的概念是好的近似，而在高速世界，时空的相对性是不可忽略的.变式训练I•一观察者测得运动着的米尺为■长•求此米尺以多大的速度移动./

8、()解析*以观察者为一参考系测得的长度为1米尺为另一参考系■测得米尺的长度为应用公式攀｛1_（严进行变形可解V根据公式-0）2：可得p•sxexieS/sl；iII所以MXNsi/s.答案：XMXMsi/s【例题2】地面上的人认为队■两个事件同时发生，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说，如图Ami所示，哪个事件先发生?图b-2-l解析$可以设想，在事件IX发生时血处发出一个闪光，事件■发生时■处发出一个闪光•“两闪光相