高中物理第十五章相对论简介15_1相对论的诞生15_2时间和空间的相对性检测新人教版

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2019-2020年高中物理第十五章相对论简介15.1相对论的诞生15.2时间和空间的相对性检测新人教版

2019-2020年高中物理第十五章相对论简介15.1相对论的诞生15.2时间和空间的相对性检测新人教版1．有下列几种说法：①所有惯性系统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．关于上述说法( )A．只有①②是正确的 B．只有①③是正确的C．只有②③是正确的 D．三种说法都是正确的【解析】狭义相对论认为，物体所具有的一切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循的物理规律却是相同的，即①②都正确．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相同．【答案】 D2．以下说法中正确的是( )A．经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的B．经典物理规律也适用于高速运动的物体C．力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的D．力学规律在任何惯性系里都是等价的【解析】经典物理规律适用低速宏观的物体，B错，A错；由伽俐略相对性原理，可判断C错，D对．【答案】 D3．下列判断正确的是( )A．“电磁波的速度是c”是相对于地球而言的B．“电磁波的速度是c”是相对于某一特殊参考系而言的C．真空中的光速在不同参考系中都是相同的D．以上说法都不对【解析】由狭义相对性原理可判断C正确．【答案】 C4．关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是( )A．适用于宏观低速物体 B．适用于微观高速物体C．适用于宏观高速物体 D．适用于微观低速物体【解析】牛顿力学适用了宏观低速的物体，A正确．【答案】 A5．下列关于狭义相对性原理的说法中正确的是( )定跳远实验，并想由此来判断船航行的方向，假设他每次做的功相同，下列说法正确的是( )A．如果向东跳得最远，则船向东行驶B．如果向东跳得最近，则船向东行驶C．他向各个方向跳的最大距离相同，不能由此判断船行方向D．他向各个方向跳的最大距离不同，但不能由此判断船行方向【解析】由狭义相对论的相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，所以这个人不能判断船行方向；根据功能关系，可判断他向各个方向跳的最大距离相同，故C正确．【答案】 C2．关于爱因斯坦的狭义相对论，下列说法正确的是( )A．狭义相对论的基本假设之一是光速不变原理B．有些运动物体相对于观察者的速度可以大于真空中的光速C．力学规律在任何参考系中都是相同的D．对于不同的惯性系，物理规律(包括力学和电磁学的)都是不同的【解析】狭义相对论的基本假设：(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，所以只有A项正确．【答案】 A3．话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是( ) A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B．弟弟思念哥哥而加速生长了C．由相对论可知，物体速度越大，在其上的时间进程就越慢，生理过程也越慢D．这是神话，科学无法解释【解析】根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢．时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的．飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体的新陈代谢越缓慢．【答案】 C4．一飞船以u＝9×103 m/s的速率相对于地面飞行，飞船上的钟走了5 s，用地面上的钟测量经过了多长时间？【解析】飞船上的钟走的时间Δτ＝5 s，用地面上的钟测量经过的时间Δt＝15.4广义相对论简介检测新人教版1．关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是( )A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能B．E＝mc2是物体的核能C．E＝mc2是物体各种形式能的总和D．由ΔE＝Δmc2，在核反应中，亏损的质量Δm转化成能量ΔE放出【解析】E＝mc2，m为动质量，E为这种运动状态下的能量．A、B错；E＝mc2是质量为m的物体所具有的能量，C正确；一定质量对应一定的能量，而不是质量转化为能量，D错误．【答案】 C2．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步．下列表述正确的是( )A．牛顿发现了万有引力定律B．洛伦兹发现了电磁感应定律C．法拉第发现了电流的磁效应D．相对论的创立表明经典力学已不再适用【解析】牛顿发现了万有引力定律，A对；法拉第发现了电磁感应定律，B错；奥斯特发现了电流的磁效应，C错；经典力学是相对论在低速运动时的特例，D错．＝4×1082kg。

高中物理第十五章相对论简介第一节相对论的诞生,第二节时间和空间的相对性课件新人教版选修34

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2．“长度”的相对性
(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与
杆做相对运动而不同．
(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自
身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小．
设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则
前移动了一段距离，镜子已跟随车厢移动到C，灯也从A移动
到D.光信号再从镜子反射到灯的过程中，灯已从D移动到A′.
设火车的速度为v，小芳所测得的光信号往返时间为Δt.根据光
速不变原理，ACA′＝cΔt，应用勾股定理可得(
vΔt 2
)2＝(
cΔt 2
)2
－h2.
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这里用到了相对论的第二个假设，即对地面参考系来说，光速也是c.
Δt＝
Δτ ，显然两者不相等． 1－vc2
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以上两式消去h可得Δt′＝Δt 1－vc2 因为 1－vc2<1，所以总有Δt>Δt′.
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这是一个令人吃惊的结论：光信号往返的时间，地面上的人(小芳)和车厢里的人(小明)测量的结果不一样，地面上的人测得的时间(Δt)要比车厢里的人测得的时间(Δt′)长些．
【答案】小明观测的时间Δτ＝2h/c，小芳观测的时间
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教材知识梳理
感受自主学习收获成果
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一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设 1．经典的相对性原理 (1)惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系．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)伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的．

人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介基础知识梳理

第十五章相对论简介15. 1 相对论的诞生一、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。

地面参考系是惯性系,相对于它做匀速运动的汽车、轮船作为参考系也是惯性系。

(2)非惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中不成立,这个参考系就叫非惯性系。

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,但事实上房屋、树木所受的合力为零,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,也就是说在非惯性系中力学规律不相同。

2.伽利略相对性原理表述1:力学规律在任何惯性系中都是相同的。

表述2: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。

表述3:任何惯性参考系都是平权的。

二、相对性原理与电磁规律1.相对性原理与电磁规律之间的矛盾(1)麦克斯韦的电磁理论得出的电磁波的速度不涉及参考系,也就是说在不同的参考系中光速不变。

(2)根据相对性原理,在不同的参考系中观测到的光速应与参考系有关。

在经典力学中如果某一惯性系相对另一个惯性系的速度为v,在此惯性系中有一物体速度为c，那么,此物体相对于另一惯性系的速度是 c+ v吗?根据伽利略相对性原理,答案是肯定的。

实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．2.迈克耳孙一莫雷实验(1)实验装置如图所示(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,相对于地球的速度相同。

可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对原理.任何参照系中测得的光在真空的速率都应该是3×108m/s。

3.伽利略相对性原理和爱因斯坦相对性原理的区别：(1)伽利略相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说,都遵循同样的规律;或者说,在研究力学规律时,一切惯性参考系都是等价、平权的,所以无法借助力学的手段确定惯性系自身的运动状态。

高中物理第十五章相对论简介第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性随堂检测新人教选修

第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性1．(对应要点一)关于时间和空间，在学习狭义相对论后我们应认识到( )A ．因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的B ．空间与时间之间是没有联系的C ．有物质才有空间和时间D ．在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关解析：经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的，在相对论力学中，时间和空间是和物质的运动相联系的。

只有在物质存在时才有空间和时间的概念，时间和空间是相互联系且是相对的。

答案：CD2．(对应要点一)下列说法中正确的是A ．相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题B ．在真空中，若物体以速度v 背离光源运动，则光相对物体的速度为c －vC ．在真空中，若光源向着观察者以速度v 运动，则光相对于观察者的速度为c ＋vD ．迈克耳孙—莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的解析：相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及到相对哪个参考系才成立的问题，故选项A 错误；根据狭义相对论的光速不变原理，故选项B 、C 错误，D 正确。

答案：D3．(对应要点二)用相对论的观点判断，下列说法不．正确的是( ) A ．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比船中的人扁一些D ．当物体运动的速度v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计解析：时间和空间都是相对的，故选项A 的说法错误；根据“时间膨胀”和“长度收缩”效应，选项B 、C 的说法正确；当速度v ≪c 时，1－(v c )2≈1，所以“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计，故选项D 说法正确。

高中物理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课堂互动学案新人教版选修34

1 相对论的诞生2 时间和空间的相对性课堂互动三点剖析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系中都是相同的。

2.同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。

同时的相对性：在经典物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的两个假设，同时是相对的。

长度的相对性：(1)经典物理学认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。

(2)如果与杆相对静止的人认为杆长是Ｌ0，与杆相对运动的人认为杆长是L ，则两者之间的关系为L=20)(1c v L -(3)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。

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=2)(1cv t -'∆。

3.相对论的时空观，相对性与绝对性。

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。

相对性与绝对性：时容量度是相对的，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。

各个击破【例1】判断是否正确：伽利略相针对性原理和爱因斯坦相对性原理是相同的。

解析：伽利略相对性原理适用于低速，爱因斯坦相对论适用于高速。

答案：错。

类题演练牛顿的经典力学只适用于_________和_________。

答案：宏观低速【例2】假定一列火车沿着固定在惯性参考系K 中的直线轨道以不变的速度u 运动(u 较大)，第二惯性参考系K′连接在火车上，与火车一起运动，假定从火车的前后每一端发出一个闪电，有人出现在K 系B 点，B 在A 和C 正中间，如图15-2-1所示，他观测到闪电同一瞬时到达B 点，则坐在火车上中点B′的另一个观察者观测到什么样的“事件”？图15-2-1解析：坐在火车上中点B′的一个观察者发现，来自火车前端C′的闪光比来自后端A′的闪光先期到达B′。

高中物理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课件

思考探究 1.怎样理解同时的相对性? 答案:同时是指两个事件发生的时刻是相同的,“相同”是观察者得出的结论,不同的观察者观察到的结果是不“相同”的。 2.怎样理解时间间隔的相对性? 答案:运动的时钟变慢:时钟相对于观察者静止时,走得快;相对于观察者运动时,观察者会看到它变慢了,运动速度越快,效果越明显, 即运动着的时钟变慢。
2.对光速不变原理如何理解? 答案:我们经常讲速度是相对的,参考系选取不同,速度也不同, 这是经典力学中速度的概念,但是 1887 年迈克耳孙—莫雷实验中证明的结论是:不论取怎样的参考系,光速都是一样的,也就是说光速的大小与选取的参考系无关,光的速度是从麦克斯韦方程组中推导出来的,它没有任何前提条件,所以这个速度不是指相对某个参考系的速度。
典题例解【例 1】假如一列火车以 0.75c(c 为光速)的速度向站台驶来, 从火车上向站台上的观测者发射一个光信号。在火车上测得光离开的速度是 c,根据过去熟悉的速度合成法则,光到达站台上的观测者时,该观测者测得的光速是多少?根据狭义相对性原理,该观测者测得的光速又是多少?哪种测法得出的光速是正确的? 思路分析:根据经典的速度合成法则,光相对于观测者的速度等于光相对火车的速度与火车相对观测者的速度的矢量和。解析:根据过去熟悉的速度合成法则,光相对于观测者的速度为 v=c+0.75c=1.75c;根据狭义相对性原理,光速与光源、观测者之间的相对运动没有关系,故该观测者测得的光速仍为 c。答案:1.75c c 由狭义相对性原理得出的光速是正确的
Δ�� 1- ��
�� 2
。
预习交流 2 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?

高中物理第15章相对论简介第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性434物理

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3．下列几种说法： ①所有惯性系统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．
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其中哪些是正确的( ) A．只有①②是正确的 B．只有①③是正确的 C．只有②③是正确的 D．三种说法都是正确的
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2．长度的相对性(尺缩效应) (1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否相对杆运动而不同． (2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止的长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化． (3)相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为 l0，与杆相对运动的人认为杆的长度为 l，杆相对于观察者的速度为 v，则 l、l0、v 之间的关系为：l＝ 7 l_0 ___1－___vc_2____.
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5．用相对论的观点判断，下列说法不正确的是( ) A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变 B．在地面上的人看来，以 10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的航天员却看到时钟是准确的 C．在地面上的人看来，以 10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄 D．当物体运动的速度 v≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计
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3．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，一切物理定律都是 4 ___相__同__(x_iā_nɡ_t的ónɡ．) (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 5 ___相__同__(x_iā_nɡ_t的ónɡ．)

2020_2021学年高中物理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课件新人教版选修3_4

1．相对论的诞生 2．时间和空间的相对性
知识结构导图
核心素养目标物理观念：经典相对性原理和狭义相对论的两个假设．科学思维：经典理论与狭义相对论的区别．科学探究：探究时间和空间的相对性．科学态度与责任：会利用相对论时空观解释与日常生活相关的时间和长度的相对性问题．
一、相对论的诞生 1．经典的相对性原理 (1)惯性系如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做 __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)相对性原理 ___力__学___规律在任何__惯__性____系中都是相同的．
提醒：①时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化．
②两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的．
【例 2】如图所示，假设一根 10 m 长的梭镖以光速穿过一根 10 m 长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的，下列关于梭镖穿过管子情况的描述最恰当的是( )
A．乙观察到甲身高变高 B．甲观察到乙身高变低 C．若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快 D．若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为 c
解析：因为人是站立在飞船中的，垂直于飞船速度的方向上没有尺缩效应，即甲、乙观察到对方的身高不变，A、B 错误；根据相对论的钟慢效应，可以推测两人在接近光速运动时，相对地球来说时间都变慢了，但乙比甲的速度大，因此可以推测，乙观察到甲动作变慢了，C 错误；根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光束的传播速度仍为 c，D 正确．
答案：BCD

高中物理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达标训练新人教版选修3_4

——教学资料参考参考范本——高中物理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达标训练新人教版选修3_4______年______月______日____________________部门更上一层楼基础·巩固1.著名物理学家“开尔文勋爵”威廉·汤姆孙曾自信地宣称：“科学大厦已经基本完成”，但也承认，“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”.他指的科学大厦是_______________，两朵乌云是________________.答案：以经典力学、热力学与统计物理学、电磁场理论为主要内容的物理学形成了完整的科学体系一是黑体辐射，一是光的速度.2.根据你的理解，你认为下列哪些观点是正确的（）A.在经典力学中，物体的质量是不随物体运动状态而改变的B.以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性，它只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界C.相对论与量子力学的出现否定了经典力学理论D.伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳演绎法”是经典力学方法的典型答案：ABD3.下列服从经典力学规律的是（）A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船C.物体运动的速率接近于真空中的光速D.能量的不连续现象解析：经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B两项正确，C项错误；能量的不连续现象涉及量子论，不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.答案：AB4.下列说法正确的是( )A.世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B.时间和空间不依赖人们的意识而存在C.时间和空间是绝对的D.时间和空间是紧密联系、不可分割的解析：根据狭义相对论的观点，时间和空间都不是绝对的，都是相对的.时间和空间不能割裂，是紧密联系的.所以选项A、B、C三项错误，选项D正确.答案：D5.一只长的标尺以接近光速穿过一根几米长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的.以下哪种叙述最恰当地描述了标尺穿过管子的情况( )A.标尺收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B.标尺收缩变短，因此在某些位置上，标尺从管子的两端伸出来C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住标尺D.所有这些都与观察者的运动情况有关解析：观察者的运动情况不同，选取不同的惯性系，标尺与管子的相对速度也不相同，观察到的标尺和管子的长度也不相同，所以选项D正确.答案：D6.火箭以0.75c 的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号.火箭上测得光离开的速度是c ，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球上测得的光速是多少？根据狭义相对论的原理呢？解析：根据过去熟悉的速度合成法则，光相对于地球的速度是：v=c-0.75c=0.25c.而根据狭义相对论原理，光速与光源、观测者之间的相对运动没有关系，光速仍为c. 答案：0.25c c7.一张正方形的宣传画，正贴在铁路旁的墙上，一高速列车驶过时，在车上的司机看来这张宣传画画成了什么样子？解析：取列车为惯性系，宣传画相对于列车高速运动，根据尺缩效应，宣传画在运动方向上将变窄，但在垂直运动方向上没有发生变化. 答案：宣传画成了长方形，此画的高度不变，宽度变窄了. 综合·应用8.以8 km/s 的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1 min ，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了________________min 时间?解析：卫星上观测到的时间为Δt′=1 min，卫星运动的速度为v=8×103 m/s，所以地面上观测到的时间为Δt== min=(1+3.6×10-10) min.2)(1'cv t -∆283)103108(-11⨯⨯答案：1+3.6×10-109.假如有一对孪生兄弟A 和B ，其中B 乘坐速度为v=0.9c 的火箭飞往大角星（牧夫座a 星），而后又飞回地球.根据A 在地球上的观测，大角星离地球有40万光年远，这次B 往返飞行经历时间为80.8年.如果B 在离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当B 回到地球时，A 的年龄为________________岁,B 的年龄为________________岁. 解析：设B 在飞船惯性系中经历时间为t′，根据时间延缓效应得：t=，即：80.8=，解得：t′=35.2年.所以B 回到地球时的年龄为20+35.2=55.2（年）221c v t -29.01'-t答案：A 的年龄为100.8岁，B 的年龄为55.2岁.10.人马星座a 星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m.设有一宇宙飞船自地球往返于人马星座a 星之间.若宇宙飞船的速度为0.999c ，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需时间________________.如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为________________.解析：以地球上的时钟计算Δt== s=2.87×108 s=9年；vs 8161030.999104.32⨯⨯⨯⨯ 若以飞船上的时钟计算：因为Δt=Δt′/1-(v/c)2所以得Δt′=Δt=2.87×108×s=1.28×107 s=0.4年2)/(1c v -20.999-1答案：Δt=9年，Δt′=0.4年11.长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了.一艘宇宙飞船的船身长度为L0=90 m ，相对地面以u=0.8c 的速度在一观测站的上空飞过.（1）观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？（2）宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？解析：（1）观测站测得船身的长度为L=L0=90×m=54 m 22/1c u -20.8-1通过观测站的时间间隔为Δt===2.25×10-7 su L 0.8c54（2）宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为Δt==3.75×10-7 scu L 8.0900=牛顿时空观是速度远小于光速时相对论时空观的近似。

2021学年高中物理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学案人教版选修3_4.doc

1 相对论的诞生2 时间和空间的相对性一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设1．经典的相对性原理(1)惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系．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)伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的．2．狭义相对论的两个基本假设(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．二、时间和空间的相对性1．“同时”的相对性(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的．(2)相对论的时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察不一定是同时的．2．“长度”的相对性(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同．(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小．设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则l、l0、v的关系是：l＝l01－vc2.3．时间间隔的相对性(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的．(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的．设Δ表示相对事件发生在静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt表示相对事件发生在以v高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝Δ1－vc2.1971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．【拓展延伸】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．。

高中物理第十五章相对论简介第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性课后训练新人教版选

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第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性1．关于狭义相对论的两个假设,下列说法正确的是( )A．在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的2．以下说法中正确的是（）A．经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的B．经典物理规律也适用于高速运动的物体C．力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的D．力学规律在任何惯性系里都是等价的3．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（)A．0。

4c B．0。

5c C．0.9c D．1。

0c4．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶,当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( )A．同时被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．无法判断5．下列说法中正确的是( )A．研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式B．研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式C．研究电子运动要用狭义相对论原理D．研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律6．A、B两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且v A＞v B，在飞机上的人观察结果正确的是( )A．A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大B．A飞机上的人观察到足球场的宽度比B飞机上的人观察到的小C．两飞机上的人观察到足球场的长度相同D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同7．一观察者测得运动着的米尺为0.5 m长,求此米尺以多大的速度移动。

高中物理第十五章相对论简介第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性课下作业新人教版选修34

第1节相对论的诞生第2节时间和空间的相对性1．根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论( )A．任何力学规律在惯性系中都是相同的B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动解析：伽利略的相对性原理是：力学规律在任何惯性系中都是相同的，故选项A正确，B错误；根据伽利略相对性原理的另一种表述，选项C正确，D错误。

答案：AC2．在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的( )①一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速②长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变③惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些A．①③B．①②C．①②③D．②③解析：根据狭义相对论可知，光速是物体的极限速度，①正确；长度相对性和时间间隔的相对性可知②、③均正确。

故选C。

答案：C3．(2011·江苏高考)如图1所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。

假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C 两铁塔被照亮的顺序是( )图1A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断解析：列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮，故只有C正确。

答案：C4．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这段路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为( )A ．0.5 cB ．0.6 cC ．0.8 cD ．0.9 c解析：由l ＝l 01－v 2c 2，且l l 0＝35，可得v ＝45c ＝0.8 c ，故选项C 正确。

答案：C5．惯性系S 中有一边长为l 的正方形(如图2A 所示)。

高中物理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学案新人教版选修34

1 相对论的诞生2 时间和空间的相对性课堂合作探究问题导学一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设活动与探究11．如何理解经典相对性原理？2．对光速不变原理如何理解？迁移与应用1如图所示，地面上A、B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，哪个事件先发生？力学的相对性原理和狭义相对性原理的区别（1）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。

（2）而狭义相对论指的是物理定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。

因此狭义相对论原理所指范围更大，内容更丰富。

二、时间和空间的相对性活动与探究21．怎样理解同时的相对性？2．怎样理解时间间隔的相对性？3．怎样理解经典时空观与相对论时空观的区别？迁移与应用2下面的说法中正确的是（）A．因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的B．空间与时间之间是没有联系的C．有物质才有空间和时间D．在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关经典的时空观与相对论时空观的比较经典物理学的时空观（牛顿物理学的绝对时空观）：时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有任何联系。

相对论的时空观（爱因斯坦相对论的相对时空观）：空间和时间都与物质的运动状态有关。

相对论的时空观更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论的特例，在宏观、低速运动时仍将发挥作用。

三、狭义相对论的应用活动与探究3为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢？在什么情况下，相对论效应比较明显？迁移与应用3一支静止时长为30 m的火箭以3 km/s的速度从观察者的身边擦过。

（1）观察者测得火箭的长度应为多少？（2）火箭上的人测得火箭的长度是多少？（3）如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？1．长度的变化是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身结构并没有变化。

高中物理第十五章相对论简介15_1相对论的诞生15_2时间和空间的相对性检测新人教版

2019-2020年高中物理第十五章相对论简介15.1相对论的诞生15.2时间和空间的相对性检测新人教版

最新高中物理 第十五章 相对论简介 第1节 相对论的诞生 第2节 时间和空间的相对性课堂达标(考试必备)

高中物理 第十五章 相对论简介 第一节相对论的诞生,第二节 时间和空间的相对性课件 新人教版选修34