高中物理选修3-4“狭义相对论的几个重要结论”知识点
狭义相对论知识点总结
dP dt
d (mv) dt
d dt
(
m0 v)
1 2
5、相对论的动量与能量的关系
E2 m2c4 p2c2 E02
x x vt
1 (v)2
逆
c y y
变
z z
换
t
t
v c2
x
1 (v)2
c
ux
dx dt
ux
1
v c2
v ux
速 度 正 变
uy
dy dt
uy
1
v c2
ux
1 2
换
uz
dz dt
uz
1
v c2
ux
1 2
三、狭义相对论时空观
四、狭义相对论动力学基础
1、相对论质量：
m m0
1
v2 c2
m0—静止质量
2、相对论动量： P mv m0 v 1 v2 / c2
3、相对论能量：
静能： E 0 m 0 c 2 总能量：E m c 2 动能： Ek mc2 m0c2
４、狭义相对论力学的基本方程
F
1、同时的相对性
只有在一个惯性系中同时同地发生的事件，在其它惯性 系中必同时发生．
2、长度的收缩
l l0
1
v2 c2
固有长度（原长）： 相对物体静止的惯性系 测得长度.
注意：测量长度一定是同时读取两端坐标取差。
3、时间的延缓
t
tt发生的两事件 的时间间隔 .
狭义相对论知识点总结
一、狭义相对论的两个基本假设 1、爱因斯坦相对性原理
高中物理选修3-4相对论知识点
高中物理选修3-4相对论知识点中学物理相对论学问点一、狭义相对论的基本假设;狭义相对论时空观与经典时空观的区分爱因斯坦狭义相对性原理的两个基本假设：⑴狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是相同的。
⑴光速不变原理：在不同的惯性参考系中，真空中的光速都是相同的。
即光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。
相对论的时空观：经典物理学的时空观(牛顿物理学的肯定时空观)：时间和空间是脱离物质而存在的，是肯定的，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。
二、同时的相对性、长度的相对性、质能关系时间和空间的相对性(时长尺短)1.同时的相对性：指两个事务，在一个惯性系中视察是同时的，但在另外一个惯性系中视察却不再是同时的。
2.长度的相对性：指相对于视察者运动的物体，在其运动方向的长度，总是小于物体静止时的长度。
而在垂直于运动方向上，其长度保持不变。
长度收缩公式：3.时间间隔的相对性：指某两个事务在不同的惯性系中视察，它们发生的时间间隔是不同的。
中学物理选修3-4学问点1、机械振动：物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。
机械振动产生的条件是：①回复力不为零;②阻力很小。
使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在详细问题中要留意分析什么力供应了回复力。
2、简谐振动：在机械振动中最简洁的一种志向化的振动。
对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解：①物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。
②物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律改变的振动，叫做简谐振动。
3、描述振动的物理量探讨振动除了要用到位移、速度、加速度、动能、势能等物理量以外，为适应振动特点还要引入一些新的物理量。
物理人教版高二选修3-4教材梳理_第十五章_3.狭义相对论的其他结论4.广义相对论简介_word版含解析
疱丁巧解牛知识·巧学一、狭义相对论的其他结论 1.相对论速度变换公式以高速火车为例，车对地的速度为v ，车上的人以u′的速度沿火车前进的方向相对火车运动，则人对地的速度u=2'1'cv u vu ++，若人相对火车反方向运动，u′取负值. 根据此式若u′=c ，则u=c ，那么c 在任何惯性系中都是相同的.深化升华 （1）当u′=c 时，不论v 有多大，总有u=c ，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的，这与相对论的第二个假设光速不变原理相一致.（2）对于速度远小于光速的情形，v<<c ，u′<<c ，这时2'cvu 可以忽略不计，相对论的速度合成公式可以近似变为u=u′+v.联想发散 相对论并没有推翻牛顿力学，也不能说牛顿力学已经过时了，相对论是使牛顿力学的使用范围变得清楚了. 2.相对论质量以速度v 高速运动的物体的质量m 和静止时的质量m 0.有如下关系：m=20)(1cv m -.质量公式实际上是质量和速度的关系，在关系m=20)(1cv m -中，若v=c ，则m 可能是无限大，这是不可能的，尤其是宏观物体，设想物体由v=0逐渐向c 靠拢，m 要逐渐变大，产生加速度的力则要很大，所以能量也要很大.因此，宏观物体的速度是不可能（在目前）增大到与光速相比.但是对于一些没有静止质量的粒子（如光子），它却可以有动质量m.深化升华 （1）物体的质量随速度的增大而增大；（2）物体运动的质量总要大于静止质量. 误区警示 不要盲目从公式中得出，v=c 时，质量是无穷大的错误结论. 3.质能方程(1)爱因斯坦方程：E=mc 2.(2)质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应. (3)对一个以速率v 运动的物体，其总能量为动能与静质能之和：E=E k +E 0.那么物体运动时的能量E 和静止时能量E 0的差就是物体的动能，即E k =E-E 0. 代入质量关系：E k =E-E 0=220)(1cv c m --m 0c 2=21m 0v 2. 误区警示 不能把质量和能量混为一谈，不能认为质量消灭了，只剩下能量在转化，更不能认为质量和能量可以相互转变，在一切过程中，质量和能量是分别守恒的，只有在微观粒子的裂变和聚变过程中有质量亏损的情况下才会有质能方程的应用. 二、广义相对论简介1.广义相对性原理和等效原理（1）广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的.（2）等效原理:一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价.深化升华 一个物体受到使物体以某一加速度下落的力，如果不知道该力的来源，就没有办法判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力. 2.广义相对论的几个结论（1）光线弯曲：根据电磁理论和经典光学，在无障碍的情况下，光线是直线传播.但按照爱因斯坦的广义相对论，在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的.（2）引力红移：根据爱因斯坦的广义相对论，在强引力场中，时钟要走得慢些.因此，光在引力场中传播时，它的频率或波长会发生变化.理论计算表明，氢原子发射的光从太阳（引力强度大）传播到地球（引力强度小）时，它的频率比地球上氢原子发射的光的频率低，这就是引力红移效应.典题·热题知识点一 相对论速度例1地球上一观察者，看见一飞船A 以速度2.5×108 m/s 从他身边飞过，另一飞船B 以速度2.0×108 m/s 跟随A 飞行.求：（1）A 上的乘客看到B 的相对速度； （2）B 上的乘客看到A 的相对速度. 解析：运用相对论速度公式u=2'1'cv u vu ++可解. 答案：（1）-1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s 知识点二 相对论质量例2一个原来静止的电子，经过100 V 的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？这时能不能使用公式E k =21m 0v 2? 解析：由动能定理可以计算出电子被加速后的动能，再根据E k =mc 2-m e c 2计算质量的变化. 答案：加速后的电子的动能是E k =qU=1.6×10-19×100 J=1.6×10-17 J. 因为E k =mc 2-m e c 2，所以m-m e =E k / c 2.把数据代入得e e m m m -=2831--17)10(3109.1101.6⨯⨯⨯⨯=2×10-4. 即质量改变了0.02％.这说明在100 V 电压加速后，电子的速度与光速相比仍然很小，因此可以使用E k =21mv 2这个公式.由E k =21mv 2可得电子的速度v=m E k 2=31--17109.1101.62⨯⨯⨯ m/s≈5.9×106 m/s. 知识点三 质能方程例3一核弹含20 kg 的钚，爆炸后生成的静止质量比原来小1/10 000.求爆炸中释放的能量. 解析：由爱因斯坦质能方程可解释放出的能量. 答案：爆炸前后质量变化：Δm=100001×20 kg=0.02 kg释放的能量为ΔE=Δmc 2=0.002×(3×108)2 J=1.8×1014 J. 方法归纳 一定的质量总是和一定的能量相对应.例4两个电子相向运动，每个电子相对于实验室的速度都是54c ，在实验室中观测，两个电子的总动能是多少？以一个电子为参考系，两个电子的总动能又是多少？解析：计算时由电子运动的能量减去静止时的能量就得到电子的动能.若以其中一个电子为参考系，另一个电子相对参考系的质量应当由质速方程求出，但相对速度应当为两个电子的相对速度.答案：设在实验室中观察，甲电子向右运动，乙电子向左运动.若以乙电子为“静止”参考系，即O 系，实验室（记为O′系）就以54c 的速度向右运动，即O′系相对于O 系的速度为v=54c.甲电子相对于O′系的速度为u′=54c.这样，甲电子相对于乙电子的速度就是在O 系中观测到的电子的速度ｕ，根据相对论的速度合成公式，这个速度是u=2'1'c v u v u ++=2545415454c cc cc ⨯++=4140 c. 在实验室中观测，每个电子的质量是m′=2)(1c v m e -=2)54(1cc m e -=35m e .在实验室中观测，两个电子的总动能为E k 1=2(m′c 2-m e c 2)=2×(35m e c 2-m e c 2)=34m e c 2. 相对于乙电子，甲电子的质量是m″=2)4140(1cc m e -=4.56m e因此，以乙为参考系，甲电子的动能为E k2=m″c 2-m e c 2=4.56m e c 2-m e c 2=3.56m e c 2 问题·探究 思想方法探究问题 被回旋加速器加速的粒子能量能无限大吗？ 探究过程：这种问题只能从相对论理论出发进行探究.由相对论质量公式 m=20)(1cv m -看出，当粒子的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量.当加速时粒子做圆周运动的周期必须和交变电压的周期相同，而当交变电压周期稳定时，粒子的速度越来越大，而速度大，半径也大，本不应影响其周期，但是速度大，其运动质量变大，周期也变大了，于是不再同步，所以其能量受到限制，不能被无限加速.探究结论:被回旋加速器加速的粒子能量不能无限大. 交流讨论探究问题 假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？ 探究过程:郑小伟：宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行.两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力.宋涛：实际上，不仅是自由落体的实验，飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们，飞船到底是加速运动，还是停泊在一个行星的表面.张小红：这个事实告诉我们：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的.这就是爱因斯坦广义相对论的第二个基本结论，这就是著名的“等效原理”.探究结论:宇航员没有任何办法来判断，使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力.即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的. 交流讨论探究问题 对相对论几个结论的理解. 探究过程:李兵：从运动学的角度进行理解，根据光速不变原理可知光速与任何速度的合成都是光速，速度合成法则不再适用，光速是极限速度.从动力学的角度进行理解，质量是物体惯性大小的量度.随着物体速度的增大，质量也增大，当物体的速度趋近于光速c 时，质量m 趋向无限大，惯性也就趋向无限大，要使速度再增加，就极为困难了.这时，一个有限的力不管作用多长时间，速度实际上是停止增加了.这与速度合成定理u=2'1'cv u vu ++是吻合的，当u′=c 时，不论v 有多大，总有u=c ，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的.刘晓伟：根据爱因斯坦质量和速度的关系：m=20)(1cv m -可知，物体的运动的极限速度是光速，当静止质量不为零时，物体的速度永远不会等于光速，更不会超过光速.对于速度达到光速的粒子（如光子），其静止质量一定为零.张兵：对于速度远小于光速的情形，v<<c ，u′<<c ，这时2'cvu 可以忽略不计，相对论的速度合成公式可以近似变为u=u′+v，相对论质量m=m0，不表现为尺缩效应和钟慢效应，所以牛顿力学是在低速情况下相对论的近似结论.探究结论:光速是运动物体的极限速度，对不同的参考系物体的质量是不同的，光子不会有静止质量.在低速情况下，牛顿力学是相对论结论的近似.。
高中物理选修3-4“狭义相对论的几个重要结论”知识点
1 高中物理选修3-4知识点
狭义相对论的几个重要结论
1． 动尺变短 20)(1c
v l l -=一条沿自身方向运动的杆，其长度比杆静止的长度小； 2． 动钟变慢 2
)(1c v t -∆=∆τ
（不必记忆）
3． 相对论速度变换公式21c v u v
u u '++'=（不必记忆）
4． 相对论质量20)(1c v m m -=（不必记忆）
质能方程：E = mc2 （必须记住）
★广义相对论简介（不必记忆）
A 、广义相对性原理和等效原理
广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的
等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价
B 、广义相对论的几个结论
⑴物质的引力使光线弯曲
①发生日全食时的观测结果，是对广义相对论的最早验证
②一束光垂直于运动方向射入飞船，船外静止的观察者认为这束光是沿直线传播的。
而航天员以飞船为参考系观察到的现象则是：
如果飞船做匀速直线运动，飞船上的观察者记录下的光的径迹是一条偏向船尾的直线 如果飞船做匀加速直线运动，船上观察者记录下的光经过的轨迹为一条向下弯的曲线 ⑵引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别
在强引力的星球附近，时间进程会变慢。
证实：体积小，质量大的矮星，天文观测到的引力红移现象。
人教版 高中物理选修3-4 15.3 狭义相对论的其他结论课件
• 2．知道相对论质量。
• 3．知道爱因斯坦质能方程。
★教学重点 三个结论的理解应用。 ★教学难点 能辨清在哪些情况下要考虑相对论效应，哪些情况下不 必考虑。
•(1)相对论的速度变换公式
• 高速火车，车对地面速度为V，车上的人以速度 为u‘沿着火车前进的方向相对火车运动，他相对 地面的速度u为
微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制 造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．
根据前面的相对论质量，爱因斯坦
质能联系方程应该变为E=mc2=
m0c 2 1 (v)2
c
物体运动的动能为运动时能量和静止时能量E0之差：
Ek=E-E0
v
物体低速运动时， <<1
c
（3）质能方程
物体的能量和质量之间存在着某种联系：
问题 ?
经典物理中速度叠加原理与光速不变之 间的矛盾，显然经典的速度叠加原理在 高速情况下是不适用的，下面我们来认 识相对论的速度叠加原理
时间、空间是什么，别人在很小的 时候就搞清楚了，我智力发展迟缓，长 大了还没有搞清楚，于是一直揣摩这个 问题，结果也就比别人钻研得更深一些。
－－ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ爱因斯坦
• ★新课标要求
• 不可能，前面我们已 经看到，物体的速度 不能超过光速3×108
m/s
可能是物体的质量发生了变化，随速度的增 加而改变
• (2).质量和速率的关系 物体的静止质量m0是一常量，相对任
何惯性系均为m0，而物体以速度ν运动时，它的(运动)质量m为
• 质量随速率增加而变大，实验完全证实了这个公式。从质量和速度 的关系式可以看出，当物体速度趋近于光速时，质量将趋向无限大。 这是不可能的。一切物体的速度都永远小于真空中的光速。
人教版高中物理选修3-4 第十五章 1~2 相对论的诞生 狭义相对论简介
1相对论的诞生2时间和空间的相对性[学习目标] 1.知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设.2.知道狭义相对论的几个主要结论.3.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响．一、经典相对性原理与狭义相对论的两个基本假设[导学探究](1)如图1所示，小球相对于参考系O以速度v向右抛出，人相对于参考系O′静止，当参考系O′相对于参考系O静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到小球的速度分别为多大？图1(2)如图2所示，光源相对于参考系O静止，人相对于参考系O′静止，当参考系O′相对于参考系O′静止、以速度v向右运动和以速度v向左运动时，人观察到的光源发出光的传播速度分别为多大？图2答案(1)分别是v0、v0－v、v0＋v(2)人观察到的光速都是c[知识梳理]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，这个参考系就叫做惯性系，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，这个论述叫做伽利略相对性原理．经典的相对性原理的三种表述：①表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的．②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．③表述三：任何惯性参考系都是平权的．2．经典相对性原理解释电磁规律的困难迈克耳孙—莫雷实验证明了光速是不变的，这与传统的速度合成法则是矛盾的．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．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)根据伽利略相对性原理，在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动．(√)(2)根据伽利略相对性原理，同一力学规律在不同的惯性系中可能不同．(×)(3)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－v.(×)(4)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．(√)(5)光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．(√)(6)根据狭义相对论的两个假设，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(√)二、时间和空间的相对性[导学探究]如图3所示，一列车以速度v经过站台，站台中部的观察者C看到列车车头正好到达站台最右端的A人时，车尾正好到达站台最左端的B人．图3(1)若此时站台上的观察者C看到A、B两人同时面向列车举起手中的小红旗，那么站在列车中点的观察者C′看到A、B两人是同时举旗的吗？如果不是同时举旗，他会看到哪个人先举旗？(2)站台上的观察者C看到列车长度刚好和站台长度相同，列车上的观察者C′认为列车长度和站台长度相同吗？如果不相同，他认为列车长还是站台长？(3)假定列车上的观察者C ′举起小红旗向站台上的A 、B 两人挥动致意，他认为自己从举起小红旗到放下小红旗的时间为t ，站台上的观察者C 观察到他举旗的时间也为t 吗？如果不是t ，他认为这个时间比t 长还是短？答案 (1)不是同时举旗，他看到A 人先举旗 (2)列车长度和站台长度不相同，站台要短一些 (3)不是t ，他认为这个时间比t 长 [知识梳理] 时间和长度的相对性 1．“同时”的相对性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时： (1)经典的时空观认为一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的． (2)狭义相对论的时空观认为不一定(填“一定”或“不一定”)是同时发生的． 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与杆做相对运动而不同． (2)狭义相对论认为“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式：l ＝l 0 1－(vc)2，但垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变． 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)狭义相对论认为“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式 Δt ＝Δτ1－(vc)2，也就是说，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀． 4．经典时空观和狭义相对论时空观(1)经典时空观：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间没有联系，即与物质的运动状态无关．(2)狭义相对论时空观：有物质才有时间和空间，空间和时间与物质运动状态有关． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，这是经典物理学家的观点．(√) (2)一根杆的长度静止时为l 0，不管杆如何运动，杆的长度均小于l 0.(×) (3)“动钟变慢”是时钟的精度因运动而发生了变化．(×)(4)长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对运动状态的改变而改变．(√) (5)高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了．(√)(6)地面上的人认为两个事件同时发生，而高速运动的飞船中的宇航员却不这么认为．(√)一、经典的相对性原理与狭义相对论 应用狭义相对论的几点注意1．惯性系与非惯性系的确定：我们通常选取大地为惯性系，相对于地面静止或做匀速运动的物体都是惯性参考系，相对于地面做变速运动的物体都是非惯性参考系． 2．光的传播速度与惯性系的选取无关．在任何情况下，真空中的光速都是c . 3．力学规律相对于惯性系来说都是相同的．例1 如图4所示，在列车车厢里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？图4答案 10 m /s 30 m/s解析 对车上的观察者：小球的初速度v 0＝0，加速度a ＝Fm ＝1 m /s 2，经过10 s ，速度v 1＝at ＝10 m/s.对地上的观察者：小球初速度v 0＝20 m/s ，加速度为a ＝Fm ＝1 m /s 2.经过10 s ，速度v 2＝v 0＋at ＝30 m/s.两个观察者的结果虽然不同，但都利用了牛顿运动定律，因此都是惯性参考系.观察的结果不同，是因为选择了不同的参考系.例2 (多选)下面说法正确的是( )A ．在以11 000c 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11 000c 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11 000c 竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为cD ．在以11 000c 竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c答案 CD解析 根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：真空中的光速相对于火箭的速度为c ，相对于地面的速度也为c ，即对不同的惯性参考系光速是相同的，因此C 、D 正确，A 、B 错误．二、时间和空间的相对性应用相对论“效应”解题的一般步骤：(1)应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度．(2)明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果． (3)应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算．例3 地面上长100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？答案 100 km 80 km解析 当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c 时，由相对论长度公式l ＝l 01－(vc)2代入相应的数据解得：l ＝100×1－0.62 km ＝80 km.例4 π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s(在它自己的参考系中测得) (1)如果此粒子相对于实验室以0.8c 的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？(2) 在(1)中实验室坐标系里测量的π＋介子在衰变前运动了多长距离？ 答案 (1)4.3×10－8 s (2)10.32 m解析 (1)π＋介子在实验室中的寿命为 Δt ＝Δτ1－(v c)2＝2.6×10－81－0.82s ≈4.3×10－8 s.(2)该粒子在衰变前运动的距离为x ＝v Δt ＝0.8×3×108×4.3×10－8 m ＝10.32 m.1．(多选)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 答案 AC2.如图5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( )图5A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．c 答案 D解析 由狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D 正确．3．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲的手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是( ) A ．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度长 B ．甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度短 C ．乙看到甲的手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度长 D ．乙看到甲的手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同 答案 B 解析 由l ＝l 01－(vc)2可知，运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺时，都发现对方手中的尺比自己手中的尺短，故B 正确，A 、C 、D 错误． 4．(多选)用相对论的观点判断下列说法，其中正确的是( )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 ．在地面上看，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变快，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短，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D ．当物体运动的速度v 远小于c 时，“长度收缩”和“时间膨胀”效果可忽略不计 答案 CD解析 时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A 错误．由l ＝l 01－(vc)2可知两处的人都感觉l ＜l 0，所以C 正确．由尺缩效应和钟慢效应公式可知，当v 远小于c 时，尺缩效应和钟慢效应都可以忽略不计，所以B 错误，D 正确．一、选择题1．(多选)关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是( ) A ．适用于宏观物体 B ．适用于微观物体 C ．适用于高速运动的物体 D ．适用于低速运动的物体 答案 AD解析 由经典力学的局限性可知A 、D 正确． 2．关于相对论的认识，下列说法正确的是( )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 ．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D ．惯性系就是静止不动的参考系E ．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 答案 C3．如图1所示，世界上有各式各样的钟：砂钟、电子钟、机械钟、光钟和生物钟．既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢．这种说法是( )图1A ．对的，对各种钟的影响必须相同B ．不对，不一定对所有的钟的影响都一样C ．A 和B 分别说明了两种情况下的影响D ．以上说法全错 答案 A4．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 答案 D解析 相对性原理简单而自然，但在电磁学的领域里，涉及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知，选项B 、C 错误，D 正确．5.如图2所示，在一个高速转动的巨大转盘上放着A 、B 、C 三个时钟，下列说法正确的是( )图2A ．A 时钟走时最慢，B 时钟走时最快 B ．A 时钟走时最慢，C 时钟走时最快 C ．C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快D ．B 时钟走时最慢，A 时钟走时最快 答案 C解析 A 、B 、C 三个时钟中，C 相对于地面的速度最大，A 相对于地面的速度最小；由Δt ＝Δτ1－(v c)2可知，C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快，故选项C 正确．6．如图3所示，沿平直铁路线上有间距相等的三座铁塔A 、B 和C .假想有一列车沿AC 方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B 发出一个闪光，列车上的观察者测得A 、C 两铁塔被照亮的顺序是( )图3A ．同时被照亮B ．A 先被照亮C ．C 先被照亮D ．无法判断答案 C解析 以列车为参考系，塔A 、B 、C 向左高速运动，列车中的观测者认为光从B 到A 的距离大于光从B 到C 的距离，由t ＝lc知，光从B 到C 用时短，C 先被照亮．7．惯性系S 中有一边长为l 的正方形(如图4所示)，从相对S 系沿x 方向以接近光速的速度匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )图4答案 C解析 由相对论长度公式l ＝l 0 1－(vc)2得，运动方向上的边长变短，垂直运动方向上的边长不变．8．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 ．0.5c B ．0.6c C ．0.8c D ．0.9c答案 C解析 由l ＝l 0 1－(v c )2，且l l 0＝35可得：v ＝0.8c ，故C 正确．二、非选择题9．一长杆在车厢中静止，杆与车厢前进的方向平行．在车厢中测得杆长为1.0 m ，车厢以41.7 m /s 的速率行驶(相当于150 km/h)．求在地面测得的杆长． 答案 见解析 解析 l ＝l 0 1－(vc)2＝1－(41.73×108)2 m ≈1－1.93×10－14m. 10．一个摆钟在静止参考系中的摆动周期是3.0 s ，当一个观测者相对该摆钟以0.99c 的速度运动时，观测者测得的周期是多少？摆钟是变快了还是变慢了？ 答案 21.3 s 变慢了解析 由时间延缓效应公式：Δt ＝Δτ1－(v c )2，又已知Δτ＝T ＝3.0 s ， 所以可得：T ′＝T 1－(v c)2＝3.01－(0.991)2 s ≈21.3 s ， 由T ′＞T ，可看出摆钟变慢了．11．长度测量与被测物体相对于观察者的运动情况有关，物体在运动方向上长度会缩短．一艘宇宙飞船的船身长度为L 0＝90 m ，相对地面以v ＝0.8c 的速度从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？ 答案 (1)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s解析 (1)观测站测得船身的长度为L ＝L 0 1－(v c)2＝901－0.82 m ＝54 m ，通过观测站的时间间隔为Δt ＝L v ＝54 m0.8c＝2.25×10－7 s.(2)宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 Δt ′＝L 0v ＝90 m 0.8c＝3.75×10－7 s.。
人教版高中物理选修3-4知识点整理及重点题型梳理] 相对论简介
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人教版高中物理选修3-4知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习相对论简介【学习目标】1．理解经典的相对性原理．2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾．3．理解狭义相对论的两个基本假设．4．理解同时的相对性．5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性．6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的7．知道相对论的速度叠加公式．8．知道相对论质量．9．知道爱因斯坦质能方程．10．知道广义相对性原理和等效原理．11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证．【要点梳理】【相对论简介】要点一、相对论的诞生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．这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．3．麦克尔逊—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）实验原理：如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明暗相间的条纹．如果射向1M 和2M 的光速不相同，就会造成干涉条纹的移动．我们知道地球的运动速度是很大的，当我们将射向M 的光路逐渐移向地球的运动方向时，应当看到干涉条纹的移动，但实际结果却看不到任何干涉条纹的移动．因此，说明光在任何参考系中的速度是不变的，它的速度的合成不满足经典力学的法则，因此需要新的假设出现，为光速不变原理的提出提供有力的实验证据．（4）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．4．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，一切物理定律总是相同的．（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．【相对论简介】要点二、时间和空间的相对性1．“同时”是相对的A B 、两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关．汽车以较快的速度匀速行驶，车厢中央的光源发出的闪光，对车上的观察者，这个闪光照到车厢前壁和后壁的这两个事件是同时发生的．对车下的观察者，他观察到闪光先到达后壁后到达前壁．这两个事件是不同时发生的．2．长度的相对性（尺缩效应）长度的测量方法：同时测出杆的两端M N 、的位置坐标．坐标之差就是测出的杆长．如果与杆相对静止的人认为杆长为l．与杆相对运动的人认为杆长为l．则l l=一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，而在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．3．时间间隔的相对性（钟慢效应）某两个事件在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔不一样．在与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ∆，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为t∆．t∆=．4．相对论的时空观相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关．经典物理则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有什么联系．虽然相对论更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．【相对论简介】要点三、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式相对论认为，如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v，车上的人以速度u＇沿着火车前进的方向相对火车运动，那么这个人相对地面的速度2''1u v u u v c+=+． 理解这个公式时请注意：（1）如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反，则u ＇取负值．（2）如果v c ，'u c ，这时2'u v c 可忽略不计，这时相对论的速度合成公式可近似变为u u v =+＇（3）如果u ＇与v 的方向相垂直或成其他角度时，情况比较复杂，上式不适用．2．相对论质量相对论中质量和速度的关系为m =理解这个公式时请注意：（1）式中0m 是物体静止时的质量（也称为静质量），m 是物体以速度v 运动时的质量．这个关系式称为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大而增大．（2）v c 时，近似地0m m =．（3）微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于光子质量．例如回旋加速器中被加速的粒子质量会变大，导致做圆周运动的周期变大后，它的运动与加在D 形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制．3．质能方程爱因斯坦质能关系式：2E mc =．理解这个公式请注意：（1）质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应．（2）静止物体的能量为200E m c =，这种能量叫做物体的静质能．每个有静质量的物体都具有静质能．（3）对于一个以速率v 运动的物体，其动能222001)k E m c mc m c =-=-．（4）物体的总能量E 为动能与静质能之和，即20k E E E mc =+=（m 为动质量）．（5）由质能关系式可知2E mc ∆=∆．∆=（6）能量与动量的关系式E【相对论简介】要点四、广义相对论、宇宙学简介1．狭义相对论无法解决的问题（1）万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架．（2）惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位．2．广义相对论的基本原理（1）广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理从匀速和静止参考系推广到做加速运动的参考系，认为所有的参考系都是平权的，不论它们是惯性系还是非惯性系，对于描述物理现象来说都是平等的．（2）等效原理：在物理学上，一个均匀的引力场等效于一个做匀加速运动的参考系．3．广义相对论的几个结论（1）光线在引力场中偏转：根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越厉害．通常物体的引力场都太弱，但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲．（2）引力红移：按照广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．例如，在强引力的星球附近，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象．光谱线的这种移动是在引力作用下发生的，所以叫“引力红移”．（3）水星近日点的进动：天文观测显示，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点（或远日点）有进动（行星绕太阳一周后，椭圆轨道的长轴也随之有一点转动，叫做“进动”），这个效应以离太阳最近的水星最为显著．广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所证实．还有其他一些事实也支持广义相对论．目前，广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥主要作用．（4）时间间隔与引力场有关，引力场的存在使得空间不同位置时间进程出现差别．（5）杆的长度与引力场有关．空间不是均匀的，引力越大的地方，长度越小．4．大爆炸宇宙学宇宙起源于一个奇点，在该奇点，温度为无穷大，密度为无穷大，空间急剧膨胀，即发生宇宙大爆炸．之后，宇宙不断膨胀，温度不断降低，大约经历200亿年形成我们今天的宇宙．宇宙还处于膨胀阶段，未来将会怎样演化，目前还不能完全确定．要点五、本章知识结构要点六、专题总结1．时空的相对性（1）“同时”的相对性：在经典的物理学上，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．（2）“长度”的相对性：①如果与杆相对静止的人认为杆长是0l ，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间的关系为：l l = ②一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小．（3）“时间间隔”的相对性：运动的人认为两个事件时间间隔为τ∆，地面观察者测得的时间间隔为t ∆，则两者之间关系为：t ∆=．2．质速关系与质能关系（1）质速关系物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量0m 之间的关系：m =（2）质能关系①相对于一个惯性参考系以速度v 运动的物体其具有的相对论能量2E mc ===．其中200E m c =为物体相对于参考系静止时的能量．②物体的能量变化E ∆与质量变化m ∆的对应关系：2E mc ∆∆=．【典型例题】类型一、相对论的诞生例1如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一质量为 5 kg m =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 5 N F =的拉力作用，求经过10 s 时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？【思路点拨】力学规律在任何惯性系中都是相同的．【答案】见解析【解析】对车上的观察者：物体的初速00v =，加速度21m/s F a m==， 经过10 s 时速度110 m/s v at ==．对地上的观察者解法一：物体初速度020 m/s v =，加速度相同21m/s F a m==． 经过10 s 时速度2030 m/s v v at =+=．解法二：根据速度合成法则()210 1020 m/s 30 m/s v v v =+=+=．【总结升华】在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s ，另一个30 m/s ，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则．也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的．例2 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？【答案】三种情况都是c ．【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 ．【总结升华】麦克耳孙——莫雷实验证明了光速在任何惯性参考系中的速度是不变的，对于高速物体，伽利略速度合成法则不再适用．类型二、时间和空间的相对性例3（2014 长沙模拟)(1)某火箭在地面上的长度为L 0，发射后它在地面附近高速(约0.3c )飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是________。
《狭义相对论的其他结论、广义相对论简介》人教版高三物理选修3-4PPT课件
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二、质量和速率的关系
【例2】.如一观察者测出电子质量为2m0，问电子速度为多少？（m0为电子的静 止质量）
解： 2 m 0 =
m0
2
2
1vc
1
1
2
2
vc
=2
v=
3 2
c
=
0.866
c
三、质能方程
1.公式： E mc 2
这就是著名的质能方程 看书找答案 2.各物理量的意义： m： 物体的质量 E： 质量为m的物体所具有的全部能量
不同的惯性参 考系中一切物 理规律都是相
同的
广义相对论 广
义
更进一步
任何参考系
相
（包括非惯性系） 对
中物理规律都是
性
相同的
原
理
光 速 恒 定
真空中的光速 在不同惯性参 考系中都是相
等的
一个均匀的引
等
力场与一个做匀 效
加速运动的参考 原
系等价
理
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狭义相对论3个重要结论
狭义相对论3个重要结论狭义相对论是20世纪最重要的理论之一。
它影响着宇宙学、量子力学、人类行为之类的诸多学科，引领了研究宇宙的新方向，并取得了广泛的成就。
其最重要的三个结论是：（1）能量和质量之间的关系：狭义相对论的第一个重要结论是，能量和质量之间具有等价的关系，也就是著名的质能关系”：E = mc2。
这意味着能量和质量可以互相转化，只要有足够的能量，质量可以从有形的物质变为无形的能量，反之亦然。
（2）时空变形：狭义相对论第二个重要结论是，物体在弯曲的时空中会遭受时空坐标的变形。
物体在引力影响下会变形，而无论是谁在观察，这种变形都是相同的。
因此，它提出了时间和空间是相对而不是绝对的概念。
（3）光子的重力：狭义相对论的最后一个重要结论是，光子也受到重力的作用，它的运动受到时空的影响，而且其在弯曲的时空中的行为与其他物体相同。
这是因为万有引力作用于所有的物体，而不仅仅是质量物体，这个事实证明了物质的能量和质量的同一性。
以上就是狭义相对论的三个重要结论。
它改变了人类对宇宙的理解，使物体在引力场中受到时空坐标的影响，根据这个理论，宇宙可能是有极限的。
近几十年来，狭义相对论的证据已经被普遍认可，它也在各种场合中不断得到验证和支持。
它的重要性不仅表现在物理上，而且也影响到社会科学和文化，因为它反映了宇宙的真实面貌，改变了人类对宇宙的理解，使人们能够更好地理解宇宙，进而深入地研究宇宙，挖掘它的秘密。
在宇宙学、物理学和数学等学科方面，狭义相对论贡献巨大。
它使物理学有了质能转换的基础，促进了宇宙学的发展，并且在现代物理学中仍然占有相当重要的地位。
随着对狭义相对论的不断深入研究，人们对它的研究也越来越深入，相信不久的将来，它必将带来更大的惊喜。
就像波恩说的：“时空终将改变我们对宇宙的看法，这样就可以改变宇宙，而另一个改变将会发生，这也是狭义相对论最强大、最深远的影响！”总之，狭义相对论是20世纪最重要的理论之一，其最重要的三个结论是：能量和质量之间的关系，时空变形，以及光子的重力。
高中物理人教版选修3-4课件：15.3-4 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介
特别警示对于微观、高速运动的物体,其速度的叠加不再按照宏 观运动规律,而是遵守相对论速度变换公式。
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HISHISHULI
HONGNANJUJIAO
D典例透析
IANLITOUXI
二、相对论质量 相对论中质量和速度的关系为 m=
������ 0 1������ 2 ������
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将动态质量 m = Ek =
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一、对相对论速度变换公式的理解 相对论认为,如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度 为v,车上的人以速度u'沿着火车前进的方向相对于火车运动,那么
这个人相对于地面的速度 u =
������ '������
。
如果车上人运动方向与车运动方向相同,u'取正值,如果车上人运 动方向与车运动方向相反,u'取负值。 (3)结论:光速c是宇宙万物速度的极限,且相对于任何参考系都是 不变的。 注意:它只适用于沿同一直线运动物体速度的叠加。
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教科版选修3-4狭义相对论及相关其他结论
例2 如一观察者测出电子质量为2m。， 问电子速度为多少？（m。为电子的静止质 量）
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解：
2m 0 = m0 1 v2 c2
1 1 v2 c2 = 2 3 v = c = 0.866 c 2
结束 目录
练2 某人测得一静止棒长为人质量为m， 于是求得此棒线密度为ρ=m/l 。假定此棒 以速度 v 在棒长方向上运动，此人再测棒的 线密度应为多少，若棒在垂直长度方向上运 动，它的线密度又为多少？
结束 目录
（3）质能方程
物体的能量和质量之间存在着某种联系：
物体的能量和质
量之间存在密切的联系，
他们的关系是：
E mc
2
爱因斯坦
这就是著名的质能方程
质能方程表达了物体的质量和它所具有的能 量之间的关系.
Ek E E0
物体的动能
m m0 v 1 c
2
运动时的能量
静止时的能量
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(2) 设地球为K系，飞船B为K′系。由 已知条件可知K′系相对K系是速度为 v = 2.0×108 m/s K′ v 飞船A 在K系中的速度为 x B u´ K u 8 ux = 2.5×10 m/s x A
天 航 国 中 天 航 国 中
飞船A在K′系中的速度为
8 2.0×108 u v 2.5 × 10 x u´ x = v ux = 8×2.0×108 2.5 × 10 1 c2 1 9.0×1016 8 m/s 1.125 × 10 =
= 23.9×106 eV = 23.9 MeV
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练3 太阳由于向四面空间辐射能量， 每秒损失了质量 4×109kg。求太阳的辐 射功率。
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2019高中物理第十五章第3、4节狭义相对论的其他结论广义相对论简介课件新人教版选修3_4
Ek＝m0c2－m1－0c212＋vc122m0c2vc 2≈12m0v2。
(3)物体的总能量 E 为动能与静质能之和，即 E＝Ek＋
E0＝mc2(m 为动质量)。
(4)由质能关系式可知 ΔE＝Δmc2。
[典型例题] 例 1.一个原来静止的电子，经过 100 V 的电压加速后它的动能是多少？质量改变了 百分之几？速度是多少？此时还能否使用经 典的动能公式？(m0＝9.1×10－31 kg)
质子的静质能为 E0＝m0c2， 质子的动能为 Ek＝E－E0 ＝2.29m0c2－m0c2 ＝1.29m0c2， 两个质子的动能总和为 2Ek＝2.58m0c2。 答案：2.58m0c2
2×1.6×10－17 9.1×10－31
m/s≈5.9×106 m/s
2Ek m0
＝
上述计算表明，加速后的电子的速度远小于光
速，属于低速，可以使用经典的动能公式。
[ 答 案 ] 1.6×10 － 17 J 0.02% 5.9×106 m/s 可以使用经典动能公式
[点评] 相对论的质速关系
由相对论的质速关系 m＝
[解析] 由动能定理得 Ek＝eU＝1.6×10－19×100 J ＝1.6×10－17 J
根据质能方程 ΔE＝Δmc2，得 Δm＝ΔcE2 ＝Ec2k
质量的改变量是原来的
Δm m0
＝
Ek m0c2
×100%
＝
1.6×10－17 9.1×10－31×3×1082
×100%≈0.02%
加速后的速度为 v＝
[解析] 由广义相对论我们知道：物 质的引力使光线弯曲，A、D 正确；在引 力场中时间进程变慢，而且引力越强， 时间进程越慢，因此我们能观察到引力 红移现象，B 正确；由光速不变原理知， C 错误。
狭义相对论的三个结论
狭义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1905年提出的，它基于两个基本原理：狭义相对性原理和光速不变原理。
该理论的三个重要结论是：
1. 时间变慢：运动的物体相对于静止的观察者，其时间会变慢。
这意味着在高速运动中，时间流逝得更慢。
2. 尺子缩短：运动的物体在其运动方向上看起来会比静止时更短。
这一现象被称为“尺缩”效应。
3. 质量增大：物体的质量会随着其速度接近光速而增加。
这意味着快速移动的物体比静止的物体更重。
这些结论不仅改变了我们对时间和空间的传统观念，而且已经得到了许多高精度实验的支持。
狭义相对论与牛顿的绝对时空观不同，它将时间和空间与观测者视为一个不可分割的整体。
高中物理选修3-4知识点
高中物理选修3-4知识点章节名称定义（内容）公式标准单位第十一章机械振动第一节简谐运动弹簧振子1、小球静止时的位置叫平衡位置2、小球在平衡位置附近的往复运动是一种机械运动，简称振动，这样的系统称谓弹簧振子弹簧振子的位移——时间图象波形图象简谐运动及其图象1、如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。
2、简谐运动是最简单、最基本的振动3、弹簧振子的运动就是简谐运动第二节简谐运动的描述描述简谐运动的物理量1、振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离2、全振动：弹簧振子从通过平衡位置的时刻开始，第二次到达平衡位置时完成一次完整的振动。
这个振动过程称为一次全振动3、做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间叫振动的周期4、单位时间完成振动的次数叫振动的频率，单位赫兹5、周期性运动在各个时刻所处的不同状态叫相位Tf1=Hz简谐运动的表达式)2sin(ϕπ+=tTAx第三节简谐运动的回复力和能量简谐运动的回复力1、如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动2、把物体拉回平衡位置的力叫回复力kxF-=简谐运动的能量忽略阻力的损耗，在弹簧振子运动的任意位置，系统的动能与势能之和都是一定得第四节单摆单摆悬挂起来的物体在竖直平面内摆动，细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫做单摆单摆的回复力在偏角很小的情况下，单摆做简谐运动（摆长越长，周期越长）kxF-=用单摆测定重力加速度单摆做简谐运动的周期与摆长的二次方成正比，与重力加速度的二次方成反比，而与振幅、摆球质量无关224Tlgπ=第五节外力作用下的振动固有频率不受外力作用的振动叫固有振动，其振动频率叫固有频率阻尼振动振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动受迫振动系统在驱动力作用下的振动叫受迫振动共振驱动力频率等于系统的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振高中物理选修3-4知识点章节名称定义（内容）公式标准单位第十二章机械波第一节波的形成和传播波的形成和传播振动的传播称为波动，简称波横波和纵波1、质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫做横波，在横波中，凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷2、质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫做纵波，在纵波中，质点分布最密的位置叫做密部机械波借以传播的物质叫做介质，机械振动在介质中传播形成了机械波第二节波的图象正弦波如果波的图象是正弦曲线，这样的波叫做正弦波第三节波长、频率和波速波长在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离叫做波长频率、周期质点振动的频率和周期等于波的频率和周期波速机械波在介质中的传播速度由介质本身决定，在不同的介质中，波速是不同的第四节波的衍射和干涉波的衍射波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射（一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象）波的叠加几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在其他重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和波的干涉频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小，这种现象叫做波的干涉（干涉也是波所特有的现象）第五节多普勒效应多普勒效应波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化，这种现象叫做多普勒效应第六节惠更斯原理波面和波线振动状态相同的点组成的面叫波面，与波面垂直、代表波的传播方向的线叫做波线惠更斯原理在介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面波的反射波进入第二种介质时返回到第一种介质的现象波的折射波进入第二种介质后传播方向发生偏折的现象高中物理选修3-4知识点章节名称定义（内容）公式标准单位第十三章光第一节光的反射和折射反射定律和折射定律1、光从第一种介质射到第二种介质的分界面时，一部分光会返回到第一种介质，这个现象叫做光的反射，另一部分光会进入第二种介质，这个现象叫做光的折射2、反射定律反：射线与入射线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角这就是反射定律3、折射定律：折射光线与入射线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比4、在光的折射现象中，光路是可逆的1221sinsinn=θθ折射率光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率（光从真空射入任何介质时，入射角总是大于折射角）vcn=第二节全反射全反射1、光疏介质：折射率较小的介质2、光密介质：折射率较大的介质3、光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小4、全反射和临界角：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。
狭义相对论主要结论
狭义相对论的主要结论狭义相对论的主要结论有运动学方面的三个：1即同时的相对性；2运动的物体长度缩短，3运动的钟变慢。
此外还有质能关系，质速关系等。
理解同时相对性时要注意，只有不同地点的两个事件才存在同时的相对性（即一个参照系中看起来同时，另外一个参照系中不同时），同一地点的两个事件，其同时是绝对的。
理解尺缩效应时要注意以下几点：一是在同一参照系内部不能发现尺缩效应，只有在两个运动参照系之间才会有这种效应；二是这种缩短只发生在运动方向，在垂直于运动方向上没有这种效应。
三是收缩的量与运动的尺（或物体）相对于这个参照系的速度有关，在不同的惯性系中可以不同。
四是这种缩短效应只有当物体的速度接近光速时才会显著，当速度远小于光速时可以忽略不计。
五是这种收缩效应也是相对的，两个彼此作相对运动的惯性系之间彼此看对方的尺都是收缩的，而且收缩的量是相同的。
理解钟慢效应时与尺缩效应基本相似，也要注意下面几点：一是同一参照系内部不能发现钟慢效应，只有彼此作相对运动的参照系之间才有这样的效应。
二是不同的参照系中的观察者所测得的这种延缓效应是不同的，延缓的多少与相对速度有关。
三是这种延缓效应只有当速度接近光速时才比较显著，当物体的速度远小于光速时延缓效应可以忽略。
四是对于两个彼此作相对运动的参照系中的观察者来说，他们彼此所测得的延缓是相同的。
五是这种延缓效应并不是观察的结果，不是一种视觉上的错觉而是实际测量的结果。
并且这种延缓不仅仅是运动参照系中的钟而是指运动参照系中的任何事物的任何过程都延缓了。
质能关系表明了能量和质量的相当性或等价性。
一定质量的物体蕴含着一定的能量。
通过质量亏损可以把凝聚在物体内部的能量释放出来。
质能关系还表明了表面上静止的物体其内部蕴含着剧烈的运动。
质速关系则表明了表征物质多少或惯性大小的质量和运动之间的关系，质量会随速度的增大而增大，同时也说明了静止质量不为零的物体其运动速度不可能达到光速，光速是一切物体的运动速度或信号的实际传播速度的极限。
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1 高中物理选修3-4知识点
狭义相对论的几个重要结论
1． 动尺变短 20)(1c
v l l -=一条沿自身方向运动的杆，其长度比杆静止的长度小； 2． 动钟变慢 2
)(1c v t -∆=∆τ
（不必记忆）
3． 相对论速度变换公式21c v u v
u u '++'=（不必记忆）
4． 相对论质量20)(1c v m m -=（不必记忆）
质能方程：E = mc2 （必须记住）
★广义相对论简介（不必记忆）
A 、广义相对性原理和等效原理
广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的
等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价
B 、广义相对论的几个结论
⑴物质的引力使光线弯曲
①发生日全食时的观测结果，是对广义相对论的最早验证
②一束光垂直于运动方向射入飞船，船外静止的观察者认为这束光是沿直线传播的。
而航天员以飞船为参考系观察到的现象则是：
如果飞船做匀速直线运动，飞船上的观察者记录下的光的径迹是一条偏向船尾的直线 如果飞船做匀加速直线运动，船上观察者记录下的光经过的轨迹为一条向下弯的曲线 ⑵引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别
在强引力的星球附近，时间进程会变慢。
证实：体积小，质量大的矮星，天文观测到的引力红移现象。