2PL时间延缓和长度收缩效应

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《7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性》教学设计、导学案,同步练习

《7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性》教学设计、导学案,同步练习

《7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性》教学设计参考系中大小都是相同的,两个事件在一个参考系中是同时的,在另一个参考系中不一定也是同时的。

例如:假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。

车厢中央的光源发出了一个闪光,闪光照到了车厢的前壁和后壁。

(1)车上的观察者以车厢为参考系,闪光到达前后两壁的时间相同吗?(1)车下的观察者来说,以地面为参考系,闪光到达前后两壁的时间相同吗?甲参考答案:(1)如图甲所示:因为车厢是个惯性系,闪光向前、后传播的速率相同,光源又在车厢的中央,闪光当然会同时到达前后两壁。

根据爱因斯坦的假设:真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的,所以他以地面为参考系,闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的。

在闪光飞向两壁的过程中,车厢向前行进了一段距离,所以向前的光传播的路程长些即:闪光先到达后壁,后到达前壁因此,这两个事件不是同时发生的。

3、时间延缓效应如果相当于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ,地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ,则由于1-<1,所以总有Δt>Δτ,此种情况称为时间延缓效应。

4、长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0,沿着杆的方向,以v 相对杆运动的人测得杆长是l ,那么两者之间的关系是由于1-<1,所以总有l <l 0,此种情况称为长度收缩效应。

(1)式和(2)式表明:运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。

这个结论具有革命性的意义,它所反映的时空观称作相对论时空观。

爱尔兰物理学家佛兹杰拉德提出,物质会在运动的方向上收缩(缩小),这意味着根据一个静止观察者的观点,一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短,尽管乘坐火箭的2)cv (2)cv(人看来并没有什么两样。

爱因斯坦指出,任何物体以光速运动时,其长度将会缩短为零。

相对论、长度收缩、时间延缓讲解

相对论、长度收缩、时间延缓讲解
《狭义相对论中的时空观,长度收缩 与时间延缓是必然》
上一章我们讲了狭义相对论中的洛伦兹变换,并且知道了光速是一不同参考系中,长度和时 间的测量都是一样的,比如在S系中有一个一米长的物体,在S'系中测量也是一米, 但是在狭义相对论中结果却有所不同,
图1为S'系相对于S以速度v运动,一观察者在S'系中同时测得木棒两端的坐标为x1' 和x2',于是棒的长度为L' = x2'- x1',通常把木棒相对于观察者静止的长度叫做固 有长度L0,即L0 = L',根据洛伦兹变换式,在同一时刻t1= t2的情况下,木棒两 端的坐标分别为x1'= (x1-vt1)/(1-β^2)^1/2, x2'= (x2-vt1)/(1-β^2)^1/2,则x2'- x1'= (x2- x1)/(1-β^2)^1/2,也就是木棒在 S系中的长度为:
L = x2 - x1 = L0(1-β^2)^1/2,
因为(1-β^2)^1/2是小于1的,因此L的值就要比木棒固有长度L0小,所以当物体 以接近光速的速度运动时,物体将会沿运动方向收缩,这种收缩叫做洛伦兹收缩, 你之所以察觉不到物体的收缩效应,除了眼睛反应不过来以外,还有宏观物体的运 动速度与光速相比太小,长度相对收缩的数量级约为10^-10,完全 可以忽略不计。
现在我们可以得出结论,在狭义相对论中,对空间和时间的测量与惯性系的选择有 关,时间与空间是相互联系的,且与物质有密不可分的关系,不存在孤立的时间, 也不存在孤立的空间,时间、空间、物质三者之间的相互联系反应了时空 的性质。
说完了时间、空间与物质,下一章《从时间延缓效应来看时空穿梭,严格意义上讲 只是在和光速较劲》就说说大家最关心的时空穿越问题,从最理性的角度来看看相 对论中的穿越和影视剧中的穿越到底有什么不同。

高中物理必修二 新教材 讲义 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性

高中物理必修二 新教材 讲义 第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性

第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性学习目标要求核心素养和关键能力1.感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾,知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。

2.知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设,知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。

3.关注宇宙起源和演化的研究进展。

1.核心素养(1)爱因斯坦相对论,会用相对论时空观对现实中一些物理现象加以解释。

(2)了解时间延缓效应和长度收缩效应的推理过程。

2.关键能力质疑与实验论证。

知识点一相对论时空观如图,高速运行的列车车厢,车顶上有一个反光镜,列车上一个人对着反光镜发射一束光。

思考:列车上的人和地面上的人观察到的光的往返时间是否相同?提示不同❶电磁波与光速英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在,并证明电磁波的传播速度等于光速。

1887年的迈克耳孙—莫雷实验表明:在不同的参考系中,光的传播速度都是一样的。

❷爱因斯坦假设 (1)在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的。

(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。

❸时间延缓效应如果相对于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ,地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt ,那么两者之间的关系是Δt =Δτ1-⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2由于物体的速度不可能达到光速,所以1-⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2<1,总有Δt >Δτ,此种情况称为时间延缓效应。

❹长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0,沿着杆的方向,以v 相对杆运动的人测得杆长是l ,那么两者之间的关系是l =l 01-⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2 由于1-⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2<1,所以总有l <l 0,此种情况称为长度收缩效应。

❺相对论时空观:运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。

1.时间延缓效应的理伦依据是光速不变原理。

长度收缩时间延缓

长度收缩时间延缓

例2 设想一光子火箭以 v 0.95c
速率相对地球作直线运动,火箭上宇航员 的计时器记录他观测星云用去 10 min , 则 地球上的观察者测此事用去多少时间?
解 设火箭为 S 系、地球பைடு நூலகம்S 系
Δt' 10min
Δt Δt' 10 min 32.01min
1 2 1 0.952
运动的钟似乎走慢了.
vt)
x2 x1 1 v2
c2
c2
l
1 v2 c2
v2
l l0 1 c2
v
结论:
1 相对于观察者运动的物体长度缩短了 2 长度收缩只发生在运动方向上 3 长度收缩相对的
例1 长为 1 m 的棒静止地放在 O' x' y'
平面内,在 S'系的观察者测得此棒与 O' x' 轴成 45 角,试问从 S 系的观察者来看,
固有时间: 同一地点发生的 两事件的时间间隔。
在 S 系中观测时间间隔:
Δt 2 d 2 ( v t)2 c 2
v2 t 2d 1 c2 c
t
t v2
1 c2
结论:
1 固有时间最短
2 时间延缓是相对的 3 时间延缓不只限于钟变慢,而是指一切发生在
运动物体上的过程相对静止的观测者来说都 变慢了,例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命。
此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少?
设 S 系相对 S 系的运动速度 v 3c 2 .
y y' v
l'
y'
o o'
' lx' 'x'x
解 在 S'系

第七章小结-高一物理下学期新教材同步分层训练(人教版2019必修第二册)

第七章小结-高一物理下学期新教材同步分层训练(人教版2019必修第二册)

新教材同步分层训练第七章万有引力与宇宙航行章小结基础知识知识点梳理:复习基础:知识点一、行星的运动一、两种对立的学说1.地心说(1)地球是宇宙的中心,是静止不动的;(2)太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动;(3)地心说的代表人物是古希腊科学家托勒密.2.日心说(1)太阳是宇宙的中心,是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳做匀速圆周运动;(2)日心说的代表人物是哥白尼.3.局限性(1)古人都把天体的运动看得很神圣,认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动.(2)开普勒研究了第谷的行星观测记录,发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动,计算所得的数据与观测数据不符(填“不符”或“相符”).二、开普勒定律1.第一定律:所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上.2.第二定律:对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等.3.第三定律:所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等.其表达式为a3T2=k,其中a是椭圆轨道的半长轴,T是公转周期,k是一个对所有行星都相同的常量.三、行星运动的近似处理1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在圆心.2.行星绕太阳做匀速圆周运动.3.所有行星轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等,即r3T2=k.技巧点拨一、开普勒定律的理解1.开普勒第一定律解决了行星运动的轨道问题行星绕太阳运行的轨道都是椭圆,如图所示.不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的,但所有轨道都有一个共同的焦点——太阳.开普勒第一定律又叫轨道定律.2.开普勒第二定律比较了某个行星在椭圆轨道上不同位置的速度大小问题(1)如图所示,在相等的时间内,面积S A =S B ,这说明离太阳越近,行星在相等时间内经过的弧长越长,即行星的速率越大.开普勒第二定律又叫面积定律.(2)近日点、远日点分别是行星距离太阳最近、最远的点.同一行星在近日点速度最大,在远日点速度最小. 3.开普勒第三定律比较了不同行星周期的长短问题(1)如图所示,由a 3T2=k 知椭圆轨道半长轴越长的行星,其公转周期越长.比值k 是一个对所有行星都相同的常量.开普勒第三定律也叫周期定律.(2)该定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕地球的运动,对于地球卫星,常量k 只与地球有关,而与卫星无关,也就是说k 值大小由中心天体决定. 二、开普勒定律的应用1.当比较一个行星在椭圆轨道不同位置的速度大小时,选用开普勒第二定律;当比较或计算两个行星的周期问题时,选用开普勒第三定律.2.由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近,因此,在中学阶段的研究中我们可以按圆轨道处理,且把行星绕太阳的运动看作是匀速圆周运动,这时椭圆轨道的半长轴取圆轨道的半径.知识点二、万有引力定律一:万有引力定律一、行星与太阳间的引力行星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动.设行星的质量为m ,速度为v ,行星到太阳的距离为r . 天文观测测得行星公转周期为T ,则向心力F =m v 2r =m 4π2T2r ①根据开普勒第三定律:r 3T 2=k ②由①②得:F =4π2k mr2③由③式可知太阳对行星的引力F ∝mr2根据牛顿第三定律,行星对太阳的引力F ′∝m 太r2则行星与太阳间的引力F ∝m 太mr2写成等式F =G m 太mr2.二、月—地检验1.猜想:地球与月球之间的引力F =G m 月m 地r 2,根据牛顿第二定律a 月=Fm 月=G m 地r 2.地面上苹果自由下落的加速度a 苹=F ′m 苹=G m 地R 2.由于r =60R ,所以a 月a 苹=1602.2.验证:(1)苹果自由落体加速度a 苹=g =9.8 m/s 2. (2)月球中心距地球中心的距离r =3.8×108 m. 月球公转周期T =27.3 d ≈2.36×106 s则a 月=(2πT)2r =2.7×10-3 m/s 2(保留两位有效数字)a 月a 苹=2.8×10-4(数值)≈160(比例).3.结论:地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力,与太阳、行星间的引力,遵从相同的规律. 三、万有引力定律1.内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们的连线上,引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成正比,与它们之间距离r 的二次方成反比.2.表达式:F =G m 1m 2r2,其中G 叫作引力常量.四、引力常量牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系,但没有测出引力常量G .英国物理学家卡文迪什通过实验推算出引力常量G 的值.通常情况下取G =6.67×10-11 N·m 2/kg 2.技巧点拨一、对太阳与行星间引力的理解 导学探究1.是什么原因使行星绕太阳运动?答案 太阳对行星的引力使行星绕太阳运动.2.在推导太阳与行星间的引力时,我们对行星的运动怎么简化处理的?用了哪些知识?答案 将行星绕太阳的椭圆运动看成匀速圆周运动.在推导过程中,用到了向心力公式、开普勒第三定律及牛顿运动定律. 知识深化万有引力定律的得出过程二、万有引力定律 导学探究(1)通过月—地检验结果表明,地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力,与太阳、行星间的引力遵从相同的规律.一切物体都存在这样的引力,如图,那么,为什么通常两个人(假设两人可看成质点,质量均为100 kg ,相距1 m)间的万有引力我们却感受不到?(2)地球对人的万有引力与人对地球的万有引力大小相等吗?答案 (1)两个人之间的万有引力大小为:F =Gm 1m 2r 2=6.67×10-11×100×1001N =6.67×10-7 N ,因引力很小,所以通常感受不到.(2)相等.它们是一对相互作用力. 知识深化1.万有引力定律表达式:F =G m 1m 2r2,G =6.67×10-11 N·m 2/kg 2.2.万有引力定律公式适用的条件 (1)两个质点间的相互作用.(2)一个均匀球体与球外一个质点间的相互作用,r 为球心到质点的距离. (3)两个质量均匀的球体间的相互作用,r 为两球心间的距离. 三、重力和万有引力的关系1.物体在地球表面上所受引力与重力的关系:除两极以外,地面上其他点的物体,都围绕地轴做圆周运动,这就需要一个垂直于地轴的向心力.地球对物体引力的一个分力F ′提供向心力,另一个分力为重力G ,如图所示.(1)当物体在两极时:G =F 引,重力达到最大值G max =G MmR2.(2)当物体在赤道上时:F ′=mω2R 最大,此时重力最小G min =G MmR2-mω2R(3)从赤道到两极:随着纬度增加,向心力F ′=mω2R ′减小,F ′与F 引夹角增大,所以重力G 在增大,重力加速度增大.因为F ′、F 引、G 不在一条直线上,重力G 与万有引力F 引方向有偏差,重力大小mg <G MmR2.2.重力与高度的关系若距离地面的高度为h ,则mg ′=G Mm(R +h )2(R 为地球半径,g ′为离地面h 高度处的重力加速度).在同一纬度,距地面越高,重力加速度越小. 3.特别说明(1)重力是物体由于地球吸引产生的,但重力并不是地球对物体的引力.(2)在忽略地球自转的情况下,认为mg =G MmR2.知识点三:宇宙速度与人造地球卫星一、宇宙速度 1.牛顿的设想如图所示,把物体从高山上水平抛出,如果速度足够大,物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星.2.第一宇宙速度的推导(1)已知地球质量m 地和半径R ,物体绕地球的运动可视为匀速圆周运动,万有引力提供物体运动所需的向心力,即Gmm 地R 2=m v 2R ,可得v(2)已知地面附近的重力加速度g 和地球半径R ,由mg =m v 2R得:v(3)二、人造地球卫星1.1957年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星发射成功.1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功.为我国航天事业作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”.2.地球同步卫星的特点地球同步卫星位于赤道上方高度约36 000 km 处,因相对地面静止,也称静止卫星.地球同步卫星与地球以相同的角速度转动,周期与地球自转周期相同. 三、载人航天与太空探索1.1961年苏联宇航员加加林进入东方一号载人飞船,铸就了人类首次进入太空的丰碑.2.1969年,美国阿波罗11号飞船发射升空,拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕.3.2003年10月15日9时,我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空,截止到2017年底,我国已经将11名航天员送入太空,包括两名女航天员.4.2013年6月,神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接;2016年10月19日,神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接.2017年4月20日,我国发射了货运飞船天舟一号,入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验.技巧点拨一、三个宇宙速度 1.第一宇宙速度 (1)两个表达式思路一:万有引力提供向心力,由G Mm R 2=m v 2R 得v =GMR思路二:重力提供向心力,由mg =m v 2R得v =gR(2)含义①近地卫星的圆轨道运行速度,大小为7.9 km/s ,也是卫星圆轨道的最大运行速度.②人造卫星的最小发射速度,向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难,需要更多能量. 2.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器,使之能够克服地球的引力,永远离开地球所需的最小发射速度,其大小为11.2 km /s.当发射速度7.9 km/s<v 0<11.2 km/s 时,物体绕地球运行的轨迹是椭圆,且在轨道不同点速度大小一般不同.3.第三宇宙速度在地面附近发射飞行器,使之能够挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系外的最小发射速度,其大小为16.7 km/s. 二、人造地球卫星 1.人造地球卫星(1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步轨道),可以通过两极上空(极地轨道),也可以和赤道平面成任意角度,如图所示.(2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力,所以地心必定是卫星圆轨道的圆心. 2.近地卫星(1)v 1=7.9 km/s ;T =2πRv 1≈85 min.(2)7.9 km/s 和85 min 分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大线速度和最小周期. 3.同步卫星(1)“同步”的含义就是和地面保持相对静止,所以其周期等于地球自转周期. (2)特点①定周期:所有同步卫星周期均为T =24 h.②定轨道:同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方,运转方向必须跟地球自转方向一致,即由西向东.③定高度:由G mM (R +h )2=m 4π2T 2(R +h )可得,同步卫星离地面高度为h =3GMT 24π2-R ≈3.58×104 km ≈6R .④定速度:由于同步卫星高度确定,则其轨道半径确定,因此线速度、角速度大小均不变. ⑤定加速度:由于同步卫星高度确定,则其轨道半径确定,因此向心加速度大小也不变. 三、同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较1.同步卫星和近地卫星都是万有引力提供向心力,即都满足GMm r 2=m v 2r =mω2r =m 4π2T2r r =ma n .由上式比较各运动量的大小关系,即r 越大,v 、ω、a n 越小,T 越大.2.同步卫星和赤道上物体都做周期和角速度相同的圆周运动.因此要通过v =ωr ,a n =ω2r 比较两者的线速度和向心加速度的大小.知识点四:相对论时空观与牛顿力学的局限性一、相对论时空观1.19世纪,英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在,并证明电磁波的传播速度等于光速c .2.1887年迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明:在不同的参考系中,光的传播速度都是一样的!这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不符”).3.爱因斯坦假设:在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的.4.时间延缓效应(1)如果相对于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ,地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ,那么两者之间的关系是Δt(2)Δt 与Δτ的关系总有Δt >Δτ,即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(5.长度收缩效应:(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0,沿着杆的方向,以v 相对杆运动的人测得杆长是l ,那么两者之间的关系是l(2)l 与l 0l <l 0,即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无关”或“有关”) 二、牛顿力学的成就与局限性1.牛顿力学的成就:牛顿力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬.2.牛顿力学局限性:牛顿力学的适用范围是低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填“宏观”或“微观”)物体.(1)当物体以接近光速运动时,有些与牛顿力学的结论不相同. (2)电子、质子、中子等微观粒子的运动不能用牛顿力学来说明.3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定,当物体运动的速度远小于光速c 时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别. 技巧点拨一、相对论时空观 1.低速与高速(1)低速:通常所见物体的运动,如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体.(2)高速:有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,这样的速度称为高速. 2.相对论的两个效应(1)时间延缓效应:运动时钟会变慢,即Δt =Δτ1-(v c )2.(2)长度收缩效应:运动长度会收缩,即l =l 01-(vc)2.3.对于低速运动的物体,相对论效应可以忽略不计,一般用经典力学规律来处理;对于高速运动问题,经典力学不再适用,需要用相对论知识来处理. 二、牛顿力学的成就与局限性 1.经典力学的成就(1)经典力学体系是时代的产物,是现代机械、土木建筑、交通运输以至航空航天技术的理论基础. (2)经典力学的思想方法对艺术、政治、哲学等社会科学领域也有巨大影响. 2.经典力学的局限性及适用范围(1)经典力学适用于低速运动的物体,相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律. (2)经典力学适用于宏观世界;量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律. 3.相对论和量子力学没有否定经典力学(1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与经典物理学的结论没有区别;(2)当另一个重要常量即“普朗克常量”可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别. (3)相对论和量子力学并没有否定经典力学,经典力学是二者在一定条件下的特殊情形巩固所学一、单选题1.我国成功发射了一颗卫星,该卫星在近地点高度494.6公里、远地点高度500公里的轨道上运行,它的运行轨道可视为圆周,运行周期为94分24秒,关于该卫星下列表述正确的是()A.该卫星轨道可以任意选择,地心不必在轨道平面内B.该卫星的发射速度不超过第一宇宙速度C.该卫星在轨道运行的速度大于地球同步卫星运行速度D.该卫星只需加速,即可追上同轨道运行的其他卫星2.两颗卫星绕着同一行星做圆周运动。

2020-2021学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行含答案

2020-2021学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行含答案

2020--2021(新教材)人教物理必修第二册第七章万有引力与宇宙航行含答案(新教材)必修第二册第七章万有引力与宇宙航行一、选择题1、(多选)16世纪,哥白尼根据天文观测的大量资料,经过40多年的天文观测和潜心研究,提出“日心说”的如下四个基本论点,这四个论点目前看存在缺陷的是()A.宇宙的中心是太阳,所有行星都绕太阳做匀速圆周运动B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星,月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星,它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动C.天空不转动,因为地球每天自西向东转一周,造成太阳每天东升西落的现象D.与日地距离相比,恒星离地球都十分遥远,比日地间的距离大得多2、一物体在地球表面重16 N,它在以5__m/s2的加速度加速上升满足牛顿第二定律的火箭中的视重(即物体对火箭竖直向下的压力)为9 N,则此火箭离地球表面的距离为地球半径的(地球表面重力加速度取10 m/s2)()A.2倍B.3倍C.4倍D.0.5倍3、火星直径约为地球的一半,质量约为地球的十分之一,它绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的1.5倍。

根据以上数据,以下说法中正确的是()A.火星表面重力加速度的数值比地球表面的大B.火星公转的周期比地球的长C.火星公转的线速度比地球的大D.火星公转的向心加速度比地球的大4、2018年11月1日,我国在西昌卫星发射中心成功发射第四十一颗北斗导航卫星,是我国北斗三号系统第十七颗组网卫星,它是地球同步卫星,设地球自转角速度一定,下面关于该卫星的说法正确的是()A.它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度B.它沿着与赤道成一定角度的轨道运动C.运行的轨道半径可以有不同的取值D.如果需要可以发射到北京上空5、(多选)用相对论的观点判断,下列说法正确的是()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,高速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,高速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飞船中的人扁一些D.当物体运动的速度v≪c时,“时间延缓”和“长度收缩”效应可忽略不计6、在牛顿发现太阳与行星间引力的过程中,得出太阳对行星的引力表达式后推出行星对太阳的引力表达式,这是一个很关键的论证步骤,这一步骤采用的论证方法是()A.研究对象的选取B.理想化过程C.类比法D.等效的思维方法7、(多选)如图所示,a、b、c是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星,a和b质量相等,且小于c的质量,则()A.b所需向心力最小B.b、c的周期相同且大于a的周期C.b、c的向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度D.b、c的线速度大小相等,且小于a的线速度8、关于宇宙速度的说法正确的是()A.第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度B.第一宇宙速度是地球同步卫星的发射速度C.人造地球卫星运行时的速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间D.第三宇宙速度是物体逃离地球的最小速度9、(双选)关于相对论时空观的说法,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.在一切惯性参考系中,光在真空中的速度都等于c,与光源的运动无关C.在牛顿力学时空观中认为同时发生的事件,在相对论时空观中也是同时发生的D.时间和空间是永恒不变的10、关于引力常量,下列说法正确的是()A.引力常量是两个质量为1 kg的质点相距1 m时的相互吸引力B.牛顿发现了万有引力定律,给出了引力常量的值C.引力常量的测定,证明了万有引力的存在D.引力常量G是不变的,其数值大小与单位制的选择无关11、在轨运行26年的哈勃太空望远镜,曾拍摄到天狼星A和天狼星B组成的双星系统在轨运行图像,如图所示。

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性高一物理学与练(人教版2019)(原卷版)

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性高一物理学与练(人教版2019)(原卷版)

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性(一)课前研读课本,梳理基础知识:一、两个假设 (1)狭义相对性原理:在不同的 参考系中,一切物理规律都是 的。

(2)光速不变原理: 的光速在不同的 参考系中都是相同的,光速和光源、观测者间的 运动没有关系。

二、两个效应(1)时间延缓效应:Δt = (2)长度收缩效应:l =三、质速关系:m =(二)即时练习:【小试牛刀1】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 方向以接近光速的速度行驶,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【小试牛刀2】(多选)对于公式m =m 01-⎝⎛⎭⎫v c 2,下列说法中正确的是( )A .公式中的m 0是物体以速度v 运动时的质量B .当物体运动速度v >0时,物体的质量m >m 0,即物体的质量改变了,故经典力学不再适用C .当物体以较小的速度运动时,质量变化十分微小,经典力学理论仍然适用,只有当物体以接近光速的速度运动时,质量变化才明显,故经典力学仅适用于低速运动,而不适用于高速运动D.通常由于物体的速度太小,质量的变化不能引起我们的感觉,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量变化【小试牛刀3】π+介子是一不稳定粒子,平均寿命是2.60×10-8s(在它自己参考系中测得).(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)π+介子在衰变前运动了多长距离?03【题型一】光速不变原理【典型例题1】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.c【典型例题2】关于狭义相对论的说法,不正确的是()A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中,光在真空中的速度都等于c,与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D.狭义相对论任何情况下都适用【对点训练1】如图所示,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?【对点训练2】(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()A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c【题型二】时间延缓效应【典型例题3】(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有()A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢【典型例题4】长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关,一艘宇宙飞船的船身长度为l0=90 m,相对地面以v=0.8c的速度在一观测站的上空飞过。

大学物理:第11章-相对论2-长度收缩和时间延缓

大学物理:第11章-相对论2-长度收缩和时间延缓

例 一飞船以 u = 9000m/s 的速率相对于地面 ( 假定为
惯性系) 匀速飞行。 飞船上的钟走了 5s 的时间,用地
面上的钟测量经过了多少时间?地面上的钟走了 5s 的
时间,用飞船上的钟测量经过了多少时间?
解:飞船上的钟测量飞船上的时间间隔,首末两个事
件在同一地点发生,所以此时间是固有时, t 5s
解:(1) S’系,非同一地点,不是固有时。
(2) S系,非同一时间,也不能用尺缩的概念, 但是,可以直接用洛仑兹变换
x
x ' ut '
90 0.80c 90
c 270m
1 u2 / c2
1 0.82
例2. 如图所示,一长为1m的棒静止地放在O’x’y’平面内。
在S’系的观察者测得此棒与O’x’轴成450角。试问若S系
的观察者观察,此棒的长度以及棒与Ox轴的夹角是多
S ':自坐标,自己看自己
看静止的对象:地面上看地面上发生的事情 静止地看对象:火车里看火车里发生的事情
是否运动并不能用来区分S和S’ 关键在于区分自和他!
讨论
1.运动的棒长度收缩是空间本身的客观特征。 2.运动的棒长度收缩是一种相对效应。
别人(运动)永远比自己短, 谁都可以是那个“别人”或“自己” 3.纵向效应 运动方向(纵向)
解一:米尺,固有长的角度。
l0 1m 是固有长度 观察者测得的米尺长度,运动长度
l l0 1 u2 / c2 1 1 0.62 0.8m 在观察者参考系中,运动长掠过观察者的时间为
t
l u
0.8 0.6 3 108
4.44 109 s
同一个观察系中 的长度和速度
解二:米尺掠过观察者,固有时角度

高中物理鲁科版2019必修第二册第2节 相对论中的神奇时空

高中物理鲁科版2019必修第二册第2节 相对论中的神奇时空
1 2
l' 1 2
l' l
1
v2 c2
l l'
杆相对于观察者静止时测得的长度叫原长也称静长。
杆相对于观察者运动时,在运动方向上测得的长 度缩短。这种现象称为长度收缩。
讨论 (1) l l ' 原长最长
(2)尺缩效应只在相对运动方向上发生;
(3)相对效应
K'
在K中的
观察者
K
o
l0
B
在K'中的
物质运动三者没有联系。
相对论时空观: a.时间、空间有着密切联系,时间、空间与物质 运动是不可分割的。
b.不同惯性系各有自己的时间坐标,并相互发现
对方的钟走慢了。
c.不同惯性系各有自己的空间坐标,并相互发现 对方的“尺”缩短了。
d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体 的速度,不仅在相对运动的方向上的分量不同, 而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。
三.质能关系
在பைடு நூலகம்典力学中质量是不变的, 和物体的运动无关, 在相对论中质量是否也是不变的呢?
m(v) m0
1 v2 c2
m(v)
m0——物体的静止质量。
m(v)——相对于观察者以 速度v运动时的质量。 相对论质量
m0
vc
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
上式给出了一个物体的相对论质量和它的速率的关系。
二.长度收缩效应
K K'
对运动长度的测量问题 怎么测?同时测
将杆固定在x轴上。
v
x '1
x '2
K系中杆的长度是:
x1
x2
l x2 x1 在K'系中杆的长度为: l ' x2' x1'

时间延缓长度收缩狭义相对论的时空观

时间延缓长度收缩狭义相对论的时空观

时间延缓长度收缩狭义相对论的时空观狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种物理学理论,它描述了时空的特殊性质,其中最重要的观点是时间延缓和长度收缩。

然而,需要注意的是,这些观点只适用于特定的条件和参考系。

在其他条件下,我们可能会观察到不同的现象。

首先,让我们来看一下时间延缓的概念。

根据狭义相对论的观点,当一个物体以接近光速的速度运动时,其时间会相对于静止物体来说变得慢。

这意味着,如果一个人在宇宙飞船上以接近光速的速度进行旅行,他将会经历比地面上的观察者更长的时间。

这是因为宇宙飞船上的时钟会比地面上的时钟慢。

这一观点已经在实际的实验中得到了验证,就如同双子佯谬实验中的情况。

然而,需要注意的是,时间延缓目前只适用于速度接近光速的情况。

在低速场景中,时间延缓效应可以忽略不计。

这也意味着,在日常生活中,我们通常无法观察到时间的延缓现象。

因此,时间延缓只在高速运动和强引力场下才会显著发生。

接下来,让我们来讨论长度收缩。

根据狭义相对论的观点,当一个物体以接近光速的速度运动时,其长度会相对于静止物体来说变短。

这意味着,如果我们观察一个接近光速的物体,它看起来比它实际上要短一些。

这种现象在实验中也得到了验证,就像著名的拼轮积木实验一样。

然而,与时间延缓类似,长度收缩效应同样只适用于高速运动的物体,而在低速运动中是无法观察到的。

总的来说,狭义相对论的时空观提出了时间延缓和长度收缩的概念。

这些现象在高速运动和强引力场下才会显著发生。

因此,在我们日常的生活中,我们通常无法观察到这些效应。

然而,通过实验和研究,我们已经证实了这些观点的正确性。

这些理论为我们对时空的理解提供了重要的基础,同时也促进了科学研究的进展。

狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种物理学理论,它描述了时空的特殊性质,其中最重要的观点是时间延缓和长度收缩。

这些观点对我们对时空的理解有着重要的影响,但需要注意的是,它们只适用于特定的条件和参考系。

首先,让我们来深入探讨一下时间延缓的概念。

3-3 时间延缓和长度收缩 3-5 相对论动力学基础

3-3 时间延缓和长度收缩 3-5  相对论动力学基础

速度的定义:
dx dy dz vx , vy , v z dt dt dt dx dy dz vx , vy , vz dt dt dt
vx u vx uv x 1 2 c (课下推导) vy vy 1 u2 c 2 uv x 1 2 c 【例3.6】―追光实验” vz v 1 u2 c 2 z uv x 1 2 c
第3章 狭义相对论
25
m0 c 2 m c 2 Ek m0 0 1 v2 c 2
1 1 v c 2
2 2
3 v c 0.866c 4
第3章 狭义相对论
16
3-5
相对论动力学基础
2 2
E K mc m0c ——高速下(相对论)动能
与经典动能形式完全不同
E K m0 c (
m0v v 1 2 c
2
静质量 m0 :物体相对于惯性系静止时的质量.
第3章 狭义相对论
10
3-5
相对论动力学基础
质速关系式:
m
m0 1 v c
2 2
m0——静止质量 m——相对论质量(动质量)
m v c时 , m0
当 v
c 时, m m0
0
第3章 狭义相对论
11
3-5
第3章 狭义相对论
3
3-3 相对论动力学基础 3-5 时间延缓和长度收缩

长度的收缩
标尺相对 s' 系静止 在 s' 系中测量: 固有长度
y
y'
x '1
s s'
u
l0
l0 x'2 x'1 l'

简述狭义相对论的长度收缩效应

简述狭义相对论的长度收缩效应

简述狭义相对论的长度收缩效应狭义相对论的长度收缩效应是指物体行驶在光速附近时,物体本身的长度会因相对于光速而收缩。

这一长度收缩效应是由狭义相对论提出的,它是一般相对论的一个重要结果,多年来一直被证实存在。

这种物理现象体现了物体之间的引力,其大小依赖于物体的努力和速度,因此它对人类将来探索宇宙空间起到了重要作用。

若要更准确地解释狭义相对论的长度收缩效应,首先要搞清楚一些概念。

狭义相对论是一种建立在爱因斯坦相对论基础上的物理学理论。

长度收缩效应是它的核心部分,其解释思想是:当物体在光速附近运动时,其微观结构会受到相对论的影响,从而导致物体的长度有所收缩。

狭义相对论的长度收缩效应可以通过一个有趣的实验来证明,即“夹具实验”。

该实验由爱因斯坦于1905年提出,其目的是证明物体在光速附近运动时,其长度会发生变化。

实验中,两个夹具,每个夹具上放置一根木杆,木杆的长度一样,然后开始将这两个夹具相互拖动,同时速度越来越接近光速。

在一定的距离,实验者们发现木杆在一个夹具上的长度变短了,而在另一个夹具上的长度却变长了。

这证明了物体在光速附近运动时,长度会发生变化。

狭义相对论的长度收缩效应也可以与时空曲线联系在一起。

当物体在光速运动时,其周围空间会发生压缩,其中一部分是物体自身,另一部分是物体周围的时空结构。

因此,狭义相对论的长度收缩效应可以与曲线空间理论联系起来。

狭义相对论的长度收缩效应在近期发现的某些实验中也有反映。

比如,美国的考克斯实验就是一项狭义相对论的长度收缩效应实验,其中通过控制飞机的速度,实验者们观察到物体的长度会微小地收缩。

普林斯顿的实验也是如此:它是一次关于线路改变的实验,实验者们通过改变线路的长度,发现物体实际的长度与理想的长度有着一定的差异,佐证了狭义相对论的长度收缩效应。

总之,狭义相对论的长度收缩效应是一种有趣的现象,它揭示了物体之间的引力,其大小依赖于物体的努力和速度。

它的存在也将开启我们探索宇宙未知的大门。

3.3时间延缓和长度收缩_864108022

3.3时间延缓和长度收缩_864108022

3.3.2 时间延缓 同时性具有相对性,对不同参考系而言, 同时性具有相对性,对不同参考系而言 ,沿 相对速度方向发生的同样的两个事件之间的时 间间隔是不同的 时间的量度是相对的 时间的量度是相对的 设在S'系中的同一地点x'处 设在 系中的同一地点 处,先、后发生两个 系中的同一地点 ′ ′ ′ ′ 事件 ( x′, t1 ) 和 ( x′, t 2 ) ,时间间隔 ∆t ′ = t 2 − t1 > 0 。 系中这两个事件一定不同地发生, 在S系中这两个事件一定不同地发生,它们的 系中这两个事件一定不同地发生 时间间隔∆ 时间间隔∆t :
−5
因此果律(自学) 】证明狭义相对论符合因果律(自学)
3.3.3 长度收缩 对静止物体长度的测量: 对静止物体长度的测量:测出物体两 端的坐 就是物体的长度( 标,差值 ∆x′ 就是物体的长度(称为物体的原 长),对测量的先后次序没有要求 , 可以不同 对测量的先后次序没有要求, 时测量物体两端的坐标, 时测量物体两端的坐标,t1' 可以不等于 t2'。 。 对运动物体长度的测量: 对运动物体长度的测量:只 有 同 时 测 定 物 体 两端的坐标,t1=t2,差值 ∆x 才是物体的长度。 两端的坐标, 才是物体的长度。 定义两个事件: 定义两个事件:测量物体两端坐标
′ 1 − u2 c 2 ∆l = ∆l
测长最短 对长度收缩效应的更普遍说法
•在涉及某个参考系中两个同时发生的事件的问 在涉及某个参考系中两个同时发生的事件的问 题中,一般应先确定哪个是测长。 题中,一般应先确定哪个是测长。 • 长度收缩与同时性的相对性有关 , 是不同惯 长度收缩与同时性的相对性有关, 性系之间进行时间测量的结果。 性系之间进行时间测量的结果。 • 长度收缩只发生在物体运动的方向上,在垂直 长度收缩只发生在物体运动的方向上, 方向上不收缩 纵向收缩,横向不收缩。 纵向收缩,横向不收缩。 • 长度收缩纯属时空性质,与在热胀冷缩现象中 长度收缩纯属时空性质, 所发生的实际的收缩和膨胀是完全不同的。 所发生的实际的收缩和膨胀是完全不同的。

《电动力学》简答题参考答案

《电动力学》简答题参考答案

《电动力学》简答题参考答案1. 分别写出电流的连续性方程的微分形式与积分形式,并简单说明它的物理意义。

解答:电流的连续性方程的微分形式为0J t ρ∂∇⋅+=∂K 。

其积分形式为d d d d S J S V t ρΩ⋅=−∫∫∫∫K K v 。

电流的连续性方程实际上就是电荷守恒定律的公式表示形式,它表示:当某区域内电荷减少时,是因为有电荷从该区域表面流出的缘故;相反,当某区域内电荷增加时,是因为有电荷通过该区域的表面流入的缘故。

2. 写出麦克斯韦方程组,并对每一个方程用一句话概括其物理意义。

解答:(1)f D ρ∇⋅=K 电荷是电场的源;(2)B E t∂∇×=−∂K K 变化的磁场产生电场; (3)0B ∇⋅=K 磁场是无源场;(4)f D H J t∂∇×=+∂K K K 传导电流以及变化的电场产生磁场。

3. 麦克斯韦方程组中的电场与磁场是否对称?为什么?解答:麦克斯韦方程组中的电场与磁场并不对称,因为电场是有源场,电荷是电场的源,而磁场是无源场,不存在磁荷。

4. 一个空间矢量场A K ,给出哪些条件能把它唯一确定?解答:由矢量场的唯一性定理:(1)位于空间有限区域内的矢量场,当它的散度,旋度以及它在区域边界上的场分布给定之后,该矢量场就被唯一确定;(2)对于无限大空间,如果矢量在无限远处减少至零,则该矢量由其散度和旋度唯一确定。

5. 写出极化电流与极化强度、磁化电流密度与磁化强度之间的关系式。

解答:极化电流与极化强度之间的关系式为P P J t ∂=∂K K ; 磁化电流密度与磁化强度之间的关系式为M J M =∇×K K 。

6. 简述公式d d d d d V V w V f V S tσ−=⋅+⋅∫∫∫v K K K K v 的物理意义。

解答:d d d Vw V t −∫表示单位时间区域V 内电磁场能量的减少,d V f V ⋅∫v K K 表示单位时间电磁场对该区域的电荷系统所作的功,d S σ⋅∫K K v 表示单位时间流出该区域的能量。

相对论时空观与牛顿力学的局限性(原卷版)-高一物理同步精品讲义(人教版)

相对论时空观与牛顿力学的局限性(原卷版)-高一物理同步精品讲义(人教版)

7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性【学习目标】1.知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围。

2.知道相对论、量子力学和经典力学的关系。

3.通过对牛顿力学适用范围的讨论,使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围,认识知识的变化性和无穷性,培养献身于科学的时代精神。

【学习重点】了解经典力学的局限性【学习难点】了解相对论、量子力学与经典力学的关系一、相对论时空观1.19世纪,英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在,并证明电磁波的传播速度等于光速c.2.1887年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明:在不同的参考系中,光的传播速度都是一样的!这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不符”).3.爱因斯坦假设:在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的.4.时间延缓效应(1)如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ,地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ,那么两者之间的关系是Δt =Δτ1-(v c )2.(2)Δt 与Δτ的关系总有Δt >Δτ(填“>”“<”或“=”),即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(填“有关”或“无关”)5.长度收缩效应:(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0,沿着杆的方向,以v 相对杆运动的人测得杆长是l ,那么两者之间的关系是l =l 01-(v c)2. (2)l 与l 0的关系总有l <l 0(填“>”“<”或“=”),即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无关”或“有关”)二、牛顿力学的成就与局限性1.牛顿力学的成就:牛顿力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律的建立与应用更是确立了人们对牛顿力学的尊敬.2.牛顿力学局限性:牛顿力学的适用范围是低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填“宏观”或“微观”)物体. (1)当物体以接近光速运动时,有些规律与牛顿力学的结论不相同.(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明.3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定,当物体的运动速度远小于光速c 时,相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别.判断下列说法的正误.(1)运动的时钟显示的时间变慢,高速飞行的μ子的寿命变长.( )(2)沿着杆的方向,相对于观察者运动的杆的长度变短.( )(3)经典力学只适用于世界上普通的物体,研究天体的运动经典力学就无能为力了.( )(4)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s ,在这种高速运动状态下,经典力学不适用.( )(5)对于质子、电子的运动情况,经典力学同样适用.( )知识点一、相对论时空观1.低速与高速(1)低速:通常所见物体的运动,如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体.(2)高速:有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,这样的速度称为高速.2.相对论的两个效应(1)时间延缓效应:运动时钟会变慢,即Δt =Δτ1-(v c)2. (2)长度收缩效应:运动长度会收缩,即l =l 01-(v c )2. 【经典例题1】在静止坐标系中的正立方体边长为l 0,另一坐标系以相对速度v 平行于正立方体的一边运动.问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少?1.物体静止长度l 0和运动长度l 之间的关系为l =l 01-v 2c2. 2.相对于地面以速度v 运动的物体,从地面上看:(1)沿着运动方向上的长度变短了,速度越大,变短得越多.(2)在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象.【变式训练1】A 、B 两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处,v A >v B ,在地面上的人观察到的结果正确的是( )A .火箭A 上的时钟走得最快B .地面上的时钟走得最快C.火箭B上的时钟走得最快D.火箭B上的时钟走得最慢知识点二、牛顿力学的成就与局限性1.经典力学的局限性及适用范围(1)经典力学适用于低速运动的物体,相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律.(2)经典力学适用于宏观世界;量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律.2.相对论和量子力学没有否定经典力学(1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与经典物理学的结论没有区别;(2)当另一个重要常数即“普朗克常量”可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别.(3)相对论和量子力学并没有否定经典力学,经典力学是二者在一定条件下的特殊情形.【经典例题1】下列关于经典力学的说法正确的是()A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子C.相对论和量子力学的出现,表明经典力学已被完全否定了D.经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功,从地面到天体的运动都服从经典力学的规律,因此任何情况下都适用【变式训练1】经典力学规律有其局限性.物体以下列哪个速度运动时,经典力学规律不适用()A.2.5×10-5 m/s B.2.5×102 m/sC.3.5×103 m/s D.2.5×108 m/s一、单项选择题1.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人,站在路旁的人观察车里的人,观察的结果是()A.这个人是一个矮胖子B.这个人是一个瘦高个子C.这个人矮但不胖D.这个人瘦但不高2.如图2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,则壮壮观测到该光速的传播速度为()A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1.0c3.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4.关于经典力学,下列说法中正确的是()A.相对论与量子力学否定了经典力学理论B.经典力学可以解决自然界中所有的问题C.经典力学适用于微观领域质子、电子的运动D.经典力学适用于发射的导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动5.经典力学不能适用于下列哪些运动()A.火箭的发射B.宇宙飞船绕地球的运动C.宇宙探测器在太空的运动D.电子的波动性6.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.0.5cC.0.9c D.c7.一高速列车通过洞口为圆形的隧道,列车上的司机对隧道的观察结果为() A.洞口为椭圆形,长度变短B.洞口为圆形、长度不变C.洞口为椭圆形、长度不变D.洞口为圆形,长度变短二、多项选择题8.下列说法中正确的是()A.经典力学是以牛顿的三大定律为基础的B.经典力学在任何情况下都适用C.当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了D.相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义9.下列适用经典力学规律的是()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.以接近光速飞行的μ子的运动D.地壳的变动。

长度收缩时间延缓

长度收缩时间延缓

12
93 6
d
x2
12 x
93 6
在S′系中观测时间间隔:
Δt 2d c
固有时间: 同一地点发生的 两事件的时间间隔。
在 S 系中观测时间间隔:
Δt 2 d 2 ( v t)2 c 2
t 2d
1v2 c2c Nhomakorabeat
t
1
v2 c2
结论:
(1)固有时间最短
(2)时间延缓是相对的
此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少?
设 S 系相对 S 系的运动速度 v 3c 2 .
y y' v
l
' y
'
o o'

'
l
' x
'
x'x
解 在 S' 系 ' 45 , l' 1m
l'x' l'y' 2 / 2m
v 3c 2
在 S 系 ly l'y' 2 / 2m
(3)时间延缓不只限于钟变慢,而是指一切发生在 运动物体上的过程相对静止的观测者来说都 变慢了,例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命。
例2 设想一光子火箭以 v 0.95c
速率相对地球作直线运动 ,火箭上宇航员 的计时器记录他观测星云用去 10 min , 则 地球上的观察者测此事用去多少时间 ?

vt) (x1
1
v2 c2

vt)

x2 x1
1
v2 c2

l
1

v2 c2
l l0
1
v2 c2
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科学,你是国力的灵魂;同时又是社 会发展 的标志 。下午9时3分31秒下 午9时3分21:03:3120.11.12

每天都是美好的一天,新的一天开启 。20.11.1220.11.1221:0321:03:3121:03:31Nov-20

人生不是自发的自我发展,而是一长 串机缘 。事件 和决定 ,这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2020年11月12日星期 四9时3分31秒 Thursday, November 12, 2020
3、不存在孤立的时间,也不存在孤立的空间。从不同惯 性系考察两事件的时间间隔,其结论是不一样的,因 为这还与两事件的空间坐标有关。
二、长度收缩效应
y y'
s s' v
A
o o'
z z'
B x' x
尺子AB 相对S’系静止
S系 S'系
事件1(读A端) ( x1, t1) ( xቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ , t1 )
事件2(读B端)
10 min 32.01min 1 0.952
运动的钟走慢了。
例题3 :
一飞船的固有长度为100m,当它以0.8c的速 度飞越地面某观测站上空时,地面上的观测员记 录船头飞过观测站上空为A事件,船尾飞越观测站 上空为B事件。问: (1)地面观测员记录的两事件的时间间隔是多少? (2)飞船中的宇航员认为两事件的时间间隔是多少?
2、固有长度最长, 当物体运动时,在运动方 向上物体的长度要缩短。
这种相对论效应有时又简述为“运动的尺子 变短了”。 3、长度收缩是一种相对效应, 此结果反之亦然。
4、若 v c ,则 l l0 。
例题1 : 设想有一光子火箭,相对于地球以速率 v 0.95c 飞行,若以火箭为参考系测得火箭长度为 15 m , 问以地球为参考系,此火箭有多长 ?
有 3 5 1 (v)2 c
v (4 5)c
三、时间延缓效应
y y'
s s' v
x'
o o'
x
z z'
蜡烛固定于S’

S系 S'系
事件1(点燃) ( x1, t1) ( x1 , t1 )
事件2(熄灭)
( x2, t2 )
(
x2
,
t
2
)
S'系
x x2 x1 0
0 t t2 t1 ---固有时
S系
t t2 t1 ---非固有时
(t2
t1 )
v c2
( x2
x1 )
1 v c2

0
1 v c2
讨论
0
1 v c2
1、固有时τ0 指在同一参考系中同一地点先后 发生的两事件的时间隔。
2、固有时最短,即相对观察者运动的时钟走 慢了,因此该相对论效应称为时间延缓效 应。
3、时间延缓是一种相对效应, 此结果反之亦然。
4、若 v c ,则 0。
例题3 :
设想有一光子火箭以 v 0.95c 速率相对地球作 直线运动 ,若火箭上宇航员的计时器记录他观测 星云用去 10 min , 则地球上的观察者测得此事用 去多少时间 ?
解: 火箭上的观测时间为固有时
0 10 min
地球上的观察时间为非固有时
0
1 v c2
7.4 狭义相对论时空观
一、同时的相对性
(中点)
S系(地面) S系' (车厢)
事件1(光到A) ( x1, t1) ( x1 , t1 )
事件2(光到B) ( x2 , t2 ) ( x2, t2)
S'系 t' t'2 t'1 0
x' x'2 x'1 0
S系 t
t2 t1
(t
2
t1 )
v c2
(
x2
,
t
2
)
(
x2
,
t
2
)
S'系中测量
l0 x2 x1 ---固有长度
S系中测量
要求 t1 t2
l x2 x1 ---运动长度
根据洛伦兹正变换,有
x2
x1
( x2
x1) v(t2
1 v c2
t1 )
即 l l0 1 v c2
讨论 l l0 1 v c2
1、固有长度 l0 指在相对待测物体静止的参考 系中测得的物体长度。

扩展市场,开发未来,实现现在。2020年11月12日 星期四 下午9时 3分31秒21:03:3120.11.12

做专业的企业,做专业的事情,让自 己专业 起来。2020年11月下 午9时3分20.11.1221:03November 12, 2020

时间是人类发展的空间。2020年11月12日星 期四9时 3分31秒21:03:3112 November 2020
解: 固有长度 l0 15m
l l0 1 v c2
15 1 0.952m 4.68m
火箭在运动方向上变短了。
例题2 :
宇航员到离地球为5光年的星球去旅行,希望 路程缩短为 3光年,他乘的火箭相对于地球的速 率应是多少?
解: 固有长度 l0 5光年
运动长度 l 3光年
根据 l l0 1 v c 2

每一次的加油,每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.11.1220.11.12Thursday, November 12, 2020

天生我材必有用,千金散尽还复来。21:03:3121:03:3121:0311/12/2020 9:03:31 PM

安全象只弓,不拉它就松,要想保安 全,常 把弓弦 绷。20.11.1221:03:3121:03Nov-2012-Nov-20

得道多助失道寡助,掌控人心方位上 。21:03:3121:03:3121:03Thur sday, November 12, 2020

安全在于心细,事故出在麻痹。20.11.1220.11.1221:03:3121:03:31November 12, 2020

加强自身建设,增强个人的休养。2020年11月12日 下午9时 3分20.11.1220.11.12
(
x2
x1 )
1 v c2
S'系 t' t'2 t'1 0
x' x'2 x'1 0
S系
t
t
'
v c2
x '
v c2
x
'
0
1 v c2 1v c2
结论
1、在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另 一惯性系中是不同时的。
2、若t 0且x 0 ,则 t 0 。
在一个惯性系中同一地点同时发生的两个事件,在另 一惯性系中也是同时发生的。

感情上的亲密,发展友谊;钱财上的 亲密, 破坏友 谊。20.11.122020年11月12日 星期四 9时3分 31秒20.11.12
谢谢大家!
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