真空中的光速对任何观察者来说都是相同的如何理解

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为什么光速是一个固定值

为什么光速是一个固定值光速，即光在真空中的传播速度，是一个极其重要的物理常量，为299,792,458米每秒（m/s），约合每秒30万公里。

光速的固定值是理论物理的基础之一，对于我们理解宇宙的本质和各种物理现象至关重要。

本文将探讨光速为何是一个固定不变的数值。

1. 爱因斯坦的相对论相对论是现代物理学的重要理论之一，由阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初提出。

爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论两个理论，其中狭义相对论对光速的固定性有着重要的影响。

狭义相对论认为，光速在任何惯性参考系中都是一个固定值，与观察者的相对运动无关。

这意味着，无论观察者自身是以多么高的速度相对于光源运动，都无法超过光速。

2. 光的粒子性和波动性光既表现出粒子性也表现出波动性。

根据波动理论，光是一种由电磁波构成的波动现象。

而根据粒子理论，光可以被看作是由光子构成的粒子流。

无论是波动理论还是粒子理论，光速都被视为光的固有属性。

在波动理论中，光速被认为是波动传播的速度。

而在粒子理论中，光速被视为光子在真空中的运动速度。

3. 真空中的最大速度根据狭义相对论，光速是真空中的最大速度。

这意味着没有任何物体或信息可以以超过光速的速度进行传播。

无论是质点还是能量，都无法超越这个极限。

这一结论对于我们理解时间、空间和引力等基本物理概念至关重要。

它完善了牛顿力学的框架，提供了一种更加精确且一致的物理描述。

4. 光速的意义和应用光速的固定值在科学研究和实际应用中起到了重要的作用。

它被作为国际单位制中的一个基本常量，并对各种测量设备和实验进行校准和验证。

光速的固定值也直接影响了我们对于宇宙的观测和理解。

通过测量光的传播时间和空间位置的变化，我们可以推导出星体的距离、年龄和演化过程，从而揭示物质和能量在宇宙中的本质。

此外，光速的固定值还对现代通信技术、卫星导航系统和粒子加速器等领域产生重要影响。

它决定了信息传输的速度上限，并推动了无线通信、互联网和先进的粒子物理研究。

大学物理马文蔚第五版下册第十四章课后答案

大学物理马文蔚第五版下册第十四章课后答案第十四章相对论14 －1 下列说法中(1) 两个相互作用的粒子系统对某一惯性系满足动量守恒，对另一个惯性系来说，其动量不一定守恒；(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率都相同. 其中哪些说法是正确的？( )(A) 只有(1)、(2)是正确的 (B) 只有(1)、(3)是正确的 (C) 只有(2)、(3)是正确的 (D) 三种说法都是正确的分析与解物理相对性原理和光速不变原理是相对论的基础.前者是理论基础，后者是实验基础.按照这两个原理，任何物理规律(含题述动量守恒定律)对某一惯性系成立，对另一惯性系也同样成立.而光在真空中的速度与光源频率和运动状态无关，从任何惯性系(相对光源静止还是运动)测得光速均为3×108 m·s-1 .迄今为止，还没有实验能推翻这一事实.由此可见，(2)(3)说法是正确的，故选(C).14 －2 按照相对论的时空观，判断下列叙述中正确的是( ) (A) 在一个惯性系中两个同时的事件，在另一惯性系中一定是同时事件 (B) 在一个惯性系中两个同时的事件，在另一惯性系中一定是不同时事件(C) 在一个惯性系中两个同时又同地的事件，在另一惯性系中一定是同时同地事件 (D) 在一个惯性系中两个同时不同地的事件，在另一惯性系中只可能同时不同地 (Ｅ) 在一个惯性系中两个同时不同地事件，在另一惯性系中只可能同地不同时分析与解设在惯性系Ｓ中发生两个事件，其时间和空间间隔分别为Δt 和Δx，按照洛伦兹坐标变换，在Ｓ′系中测得两事件时间和空间间隔分别为Δt?Δt??vΔxΔx?vΔtc2 和Δx??221?β1?β讨论上述两式，可对题述几种说法的正确性予以判断：说法(A)(B)是不正确的，这是因为在一个惯性系(如Ｓ系)发生的同时(Δt＝0)事件，在另一个惯性系(如Ｓ′系)中是否同时有两种可能，这取决于那两个事件在Ｓ系中发生的地点是同地(Δx＝0)还是不同地(Δx≠0).说法(D)(Ｅ)也是不正确的，由上述两式可知：在Ｓ系发生两个同时(Δt＝0)不同地(Δx≠0)事件，在Ｓ′系中一定是既不同时(Δt′≠0)也不同地(Δx′≠0)，但是在Ｓ系中的两个同时同地事件，在Ｓ′系中一定是同时同地的，故只有说法(C)正确.有兴趣的读者，可对上述两式详加讨论，以增加对相对论时空观的深入理解.14 －3 有一细棒固定在Ｓ′系中，它与Ox′轴的夹角θ′＝60°，如果Ｓ′系以速度u 沿Ox 方向相对于Ｓ系运动，Ｓ系中观察者测得细棒与Ox 轴的夹角( ) (A) 等于60° (B) 大于60° (C) 小于60°(D) 当Ｓ′系沿Ox 正方向运动时大于60°，而当Ｓ′系沿Ox 负方向运动时小于60°分析与解按照相对论的长度收缩效应，静止于Ｓ′系的细棒在运动方向的分量(即Ox 轴方向)相对Ｓ系观察者来说将会缩短，而在垂直于运动方向上的分量不变，因此Ｓ系中观察者测得细棒与Ox 轴夹角将会大于60°，此结论与Ｓ′系相对Ｓ系沿Ox 轴正向还是负向运动无关.由此可见应选(C).14 －4 一飞船的固有长度为L，相对于地面以速度v1 作匀速直线运动，从飞船中的后端向飞船中的前端的一个靶子发射一颗相对于飞船的速度为v2 的子弹.在飞船上测得子弹从射出到击中靶的时间间隔是( ) (c 表示真空中光速) (A)LLLL (B) (C) (D)2v1?v2v2-v1v2v11??v1/c?分析与解固有长度是指相对测量对象静止的观察者所测，则题中L、v2 以及所求时间间隔均为同一参考系(此处指飞船)中的三个相关物理量，求解时与相对论的时空观无关.故选(C). 讨论从地面测得的上述时间间隔为多少？建议读者自己求解.注意此处要用到相对论时空观方面的规律了.14 －5 设Ｓ′系以速率v＝0.60c相对于Ｓ系沿xx′轴运动，且在t＝t′＝0时，x ＝x′＝0.(1)若有一事件，在Ｓ系中发生于t＝2.0×107ｓ，x＝50m处，该事件在Ｓ′系中发生于何时刻？(2)如有另一事件发生于Ｓ系中t＝3.0×10-7 ｓ，x＝10m处，在Ｓ′系中测得这两个事件的时间间隔为多少？分析在相对论中，可用一组时空坐标(x，y，z，t)表示一个事件.因此，本题可直接利用洛伦兹变换把两事件从Ｓ系变换到Ｓ′系中.解 (1) 由洛伦兹变换可得Ｓ′系的观察者测得第一事件发生的时刻为－vx21c??t1?1.25?10?7s 1?v2/c2t1? (2) 同理，第二个事件发生的时刻为vx22c??t2?3.5?10?7s 1?v2/c2t2?所以，在Ｓ′系中两事件的时间间隔为??t1??2.25?10?7s Δt??t214 －6 设有两个参考系Ｓ和Ｓ′，它们的原点在t＝0和t′＝0时重合在一起.有一事件，在Ｓ′系中发生在t′＝8.0×108 s，x′＝60m，y′＝0，z′＝0处若Ｓ′系相对于Ｓ系以速率v＝0.6c 沿xx′轴运动，问该事件在Ｓ系中的时空坐标各为多少？分析本题可直接由洛伦兹逆变换将该事件从Ｓ′系转换到Ｓ系. 解由洛伦兹逆变换得该事件在Ｓ系的时空坐标分别为－x?x??vt?1?v/c22?93my ＝y′＝0 z ＝z′＝0vx?2ct??2.5?10?7s 1?v2/c2t??14 －7 一列火车长0.30km(火车上观察者测得)，以100km·h-1 的速度行驶，地面上观察者发现有两个闪电同时击中火车的前后两端.问火车上的观察者测得两闪电击中火车前后两端的时间间隔为多少？分析首先应确定参考系，如设地面为Ｓ系，火车为Ｓ′系，把两闪电击中火车前后端视为两个事件(即两组不同的时空坐标).地面观察者看到两闪电同时击中，即两闪电在Ｓ系中的时间间隔Δt＝t2－t1＝0.火车的长度是相对火车静止的观察者测得的长度(注：物体长度在不指明观察者的情况下，均指相对其静止参考系测得的长度)，即两事件在Ｓ′系中的空间间隔Δx′＝x′2 －x′1＝0.30×103m.Ｓ′系相对Ｓ系的速度即为火车速度(对初学者来说，完成上述基本分析是十分必要的).由洛伦兹变换可得两事件时间间隔之间的关系式为t2?t1???t1????t2v??x1???x22c (1) 221?v/c??t1??t2?t2?t1??v?x2?x1?2c (2) 221?v/c将已知条件代入式(1)可直接解得结果.也可利用式(2)求解，此时应注意，式中x2?x1为地面观察者测得两事件的空间间隔，即Ｓ系中测得的火车长度，而不是火车原长.根据相对论，运??x1??1?v/c.考虑这一关系方可利用式(2)动物体(火车)有长度收缩效应，即x2?x1??x222求解.解1 根据分析，由式(1)可得火车(Ｓ′系)上的观察者测得两闪电击中火车前后端的时间间隔为??t1??t2v??x1????9.26??14s ?x22c负号说明火车上的观察者测得闪电先击中车头x′2 处.??x1??1?v/c 代入式(2)亦可得解2 根据分析，把关系式x2?x1??x222??x1?＝0.30km这一与解1 相同的结果.相比之下解1 较简便，这是因为解1中直接利用了x2已知条件.14 －8 在惯性系Ｓ中，某事件A发生在x1处，经过2.0 ×106ｓ后，另一事件B发生在x2处，已知x2－x1＝300m.问：(1) 能否找到一个相对Ｓ系作匀速直线运动的参考系Ｓ′，在Ｓ′系中，两事件发生在同一地点？(2) 在Ｓ′系中，上述两事件的时间间隔为多少？分析在相对论中，从不同惯性系测得两事件的空间间隔和时间间隔有可能是不同的.它与两惯性系之间的相对速度有关.设惯性系Ｓ′以速度v 相对Ｓ系沿x 轴正向运动，因在Ｓ系中两事件的时空坐标已知，由洛伦兹时空变换式，可得－??x1??x2?x2?x1??v?t2?t1? (1)1?v2/c2??t1??t2?t2?t1??v2?x2?x1?c1?v2/c2 (2)两事件在Ｓ′系中发生在同一地点，即x′2－x′1＝0，代入式(1)可求出v 值以此作匀速直线运动的Ｓ′系，即为所寻找的参考系.然后由式(2)可得两事件在Ｓ′系中的时间间隔.对于本题第二问，也可从相对论时间延缓效应来分析.因为如果两事件在Ｓ′系中发生在同一地点，则Δt′为固有时间间隔(原时)，由时间延缓效应关系式Δt??Δt1?v/c可直接求得结果.22解 (1) 令x′2－x′1＝0，由式(1)可得v?x2?x1?1.50?108m?s-1?0.50ct2?t1 (2) 将v值代入式(2)，可得??t1??t2?t2?t1??v2?x2?x1?c1?v2/c2??t2?t1?1?v2/c2?1.73?10?6s这表明在Ｓ′系中事件A先发生.14 －9 设在正负电子对撞机中，电子和正电子以速度0.90c 相向飞行，它们之间的相对速度为多少？分析设对撞机为Ｓ系，沿x 轴正向飞行的正电子为Ｓ′系.Ｓ′系相对Ｓ系的速度v＝0.90c，则另一电子相对Ｓ系速度ux＝－0.90c，该电子相对Ｓ′系(即沿x轴正向飞行的电子)的速度u′x即为题中所求的相对速度.在明确题目所述已知条件及所求量的物理含义后，即可利用洛伦兹速度变换式进行求解.解按分析中所选参考系，电子相对Ｓ′系的速度为u?x?ux?u?x??0.994c v1?2uxc式中负号表示该电子沿x′轴负向飞行，正好与正电子相向飞行. 讨论若按照伽利略速度变换，它们之间的相对速度为多少？14 －10 设想有一粒子以0.050c 的速率相对实验室参考系运动.此粒子衰变时发射一个电子，电子的速率为0.80c，电子速度的方向与粒子运动方向相同.试求电子相对实验室参考系的速度.分析这是相对论的速度变换问题.取实验室为Ｓ系，运动粒子为Ｓ′系，则Ｓ′系相对Ｓ系的速度v＝0.050c.题中所给的电子速率是电子相对衰变粒子的速率，故u′x ＝0.80c. 解根据分析，由洛伦兹速度逆变换式可得电子相对Ｓ系的速度为ux?u?x?v?0.817c v1?2u?xc14 －11 设在宇航飞船中的观察者测得脱离它而去的航天器相对它的速度为1.2×108m·ｓ-1 i.同时，航天器发射一枚空间火箭，航天器中的观察者测得此火箭相对它的速度为。

尔雅从爱因斯坦到霍金的宇宙网络通识课作业考试答案

“吾爱吾师，吾更爱真理”这句话是谁说的？〔〕A、苏格拉底B、柏拉图C、亚里士多德D、色诺芬正确答案：C2以下人物中最早使用“物理学”这个词的是谁？〔〕A、牛顿B、伽利略C、爱因斯坦D、亚里斯多德正确答案：D3“给我一个支点，我就可以耗动地球”这句话是谁说的？〔〕A、欧几里得B、阿基米德C、亚里士多德D、伽利略正确答案：B4“格物穷理”是由谁提出来的？〔〕A、张载B、朱熹C、陆九渊D、王阳明正确答案：B5相对论是关于〔〕的基本理论，分为狭义相对论和广义相对论。

A、时空和引力B、时空和重力C、时间和空间D、引力和重力正确答案：A欧洲奴隶社会比中国时间长，中国封建社会比西方时间长。

正确答案：√7.阿基米德是欧几里得的学生的学生。

正确答案：√8.西方在中世纪有很多创造。

正确答案：×伽利略与经典物理的诞生1.以下不属于伽利略的成就的是〔〕A、重述惯性定律B、发现万有引力C、阐述相对性原理D、自由落体定律正确答案：B2.“地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之运也”表达了什么物理学原理？〔〕A、相对性原理B、惯性原理C、浮力定理D、杠杆原理正确答案：A3.哪位古希腊哲学家认为万物都是由原子构成的B、毕达哥拉斯C、色诺芬D、德谟克利特正确答案：D4.惯性定律认为物体在不受任何外力的作用下，会保持以下哪种运动状态？〔〕A、匀速曲线B、加速直线C、匀速直线D、加速曲线正确答案：C5.《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》与《天体运行论》都是伽利略的著作正确答案：×伽利略是奥地利物理学家，近代实验科学的先驱者。

〔〕正确答案：×7.伽利略的逝世和牛顿的出生都是在1642年。

〔〕正确答案：√8.伽利略认为斜面上的运动是冲淡了的自由落体运动。

〔〕正确答案：√经典物理的三大支柱：经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学1.物理学家焦耳是哪个国家的人？〔〕A、德国B、奥地利C、英国D、意大利正确答案：C2.以下哪一项属于经典物理的范畴B、热质学说C、量子论D、狭义相对性原理正确答案：A3.谁完成了光的双缝干预实验，认识到光是横波，并提出了颜色的三色定理？〔〕A、伽利略B、牛顿C、爱因斯坦D、托马斯·杨正确答案：D4.“热力学第三定律”的发现者是谁？〔〕A、克劳修斯B、能斯特C、开尔文D、焦耳正确答案：B5.以下哪个人没有提出“热力学第二定律”？〔〕A、卡诺B、克劳修斯C、迈尔D、开尔文正确答案：C6.以下哪个人不是“热力学第一定律”的发现者？〔〕A、迈尔B、焦耳C、赫姆霍兹正确答案：D7.下面哪项不属于电磁学定律？〔〕A、库仑定律B、安培定律C、能斯特定理D、电磁感应定律正确答案：C8.牛顿的主要著作有《自然哲学的数学原理》和《光学》。

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。

201306最新选修3-4和3-5模块判断题

选修3-4和3-5模块判断题汇总一、简谐运动单摆受迫振动共振(×)1、把调准的摆钟，由北京移至赤道，这个钟将变慢，若要重新调准，应增加摆长。

(√)2、火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁。

(×)3、受迫振动的频率由固有频率和驱动力频率共同决定，当固有频率等于驱动力频率时，振幅最大。

(×)4、荷兰物理学家惠更斯研究过单摆的振动，发现单摆做简谐运动的周期与摆长和摆球质量有关，与振幅无关。

二、机械波横波和纵波波的干涉和衍射多普勒效应(×)5、机械波是介质传递波源质点以及振动能量的一种方式。

(√)6、振动的频率越高，则波传播一个波长的距离所用的时间越短(×)7、一单摆做简谐运动，摆球相继两次通过同一位置时的速度必相同。

(×)8、横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期。

(×)9、声波不仅能在空气中传播，也能在液体、固体中传播，但传播速度不一样，空气中传播速度是最大的。

(√)10、我们用语言进行交流，是利用声波传递信息。

广播、电视利用无线电波传递信息，光缆利用光波传递信息。

(√)11、机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，在不同介质中，波速是不同的。

(√)12、不仅水波和声波，一切波都能发生干涉和衍射，干涉和衍射是波特有的现象。

(√) 13、“彩超”是利用多普勒效应测出反射波的频率变化，就能知道血液的速度，利用“彩超”这种方法可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。

(×)14、根据宇宙大爆炸理论，我们所生活的宇宙是在不断膨胀的，各星球都离地球而远去，由此可以推测出地球上接收到遥远星球发出的光的波长变短。

三、电磁波谱电磁波及其应用(√)15、麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论。

(√)16、电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直。

如何深刻理解光速不变原理

导读：该如何理解光速不变原理？首先说一下什么光速不变原理，它并不是指光在真空中的速度是30万公里每秒，而是指光在任何参照系下的速度都是光速本身，光速是绝对的，不需要参照物，比如说你拿着手电筒以5米/秒的速度奔跑，静止的我看到手电筒发出的光的速度仍旧是光速，而不是光速+5米/秒！再回到问题中来！准确地说，光速不变原理不是被发现的，是爱因斯坦做出的一个假设，然后在现实中被验证的！我们都知道，爱因斯坦相对论之前，牛顿的绝对时空观统治着物理学界，这种时空观人为，万事万物的速度都是相对的，都需要有参照物，光的速度也不例外。

内容正文：我们都知道真空，真空是不可能完全的空。

已经被很多实验所验证。

就是我们常说的真空不空。

而且我也相信宇宙中任何真空，都不是纯粹空的。

可是真空的环境条件能有变化，那么在这个时候光速会有变化吗？也就是说真空环境条件的改进，会带来光速的测量变化吗？比如在未来人类能达到更紧密的真空条件下，光速达到299792458.0001米/秒。

那么这时候爱氏的理论成立吗？答案是成立的！因为什么？因为这是实验条件改善所带来的进步。

哪怕速度增加0.1米，爱氏理论也是成立的！但是光速必须是不变的。

那超距作用下爱氏理论成立吗？肯定不成立，牛顿时空就是超距的。

那么超光速下，爱氏理论成立吗？肯定是不成立的。

但要理解光速是多少？我们现在测的光速就是百分百没有问题的吗？绝对不会有变化吗？比如在宇宙其他特定环境下测的也是这样?如果百分百没有问题，那么超光速下爱氏理论必然崩塌。

所以不要一看到那个新闻说光速被超越了，就说爱氏理论是错误的。

这样有点人云亦云了。

要记住爱氏理论光速的两个点：1、光速是速度的上限，超距作用是不存在的。

2、光速是不变的。

保持这两点不变，爱氏理论就是经得住考验的。

因为爱氏理论方程中的光速都是C。

但C是多少是我们现在测量出来的。

也就是我们自己要考验自己，至于量子纠缠中所说的超光速，在我看来是一种假象。

我在《变化》第二十七章论：《量子纠缠超距作用描述是假象》有论述。

章狭义相对论基础习题解答

狭义相对论基础习题解答一选择题1. 判断下面几种说法是否正确 ( )(1) 所有惯性系对物理定律都是等价的。

(2) 在真空中，光速与光的频率和光源的运动无关。

(3) 在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同。

A. 只有 (1) (2) 正确B. 只有 (1) (3) 正确C. 只有 (2) (3) 正确D. 三种说法都正确解：答案选D 。

2. (1)对某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件，对于相对该惯性系作匀速直线运动的其它惯性系中的观察者来说，它们是否同时发生？(2)在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，它们在其它惯性系中是否同时发生？关于上述两个问题的正确答案是：( )A.(1) 同时， (2) 不同时B. (1) 不同时， (2) 同时C.(1) 同时， (2) 同时D. (1) 不同时， (2) 不同时解：答案选A 。

3．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）质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变（3）在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的.（4）惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些。

A. (1)，(3)，(4)B. (1)，(2)，(4)C. (1)，(2)，(3)D. (2)，(3)，(4)解：同时是相对的。

答案选B 。

4. 一宇宙飞船相对地球以0.8c的速度飞行，一光脉冲从船尾传到船头。

飞船上的观察者测得飞船长为90m ，地球上的观察者测得光脉冲从船尾发出和到达船头两个事件的空间间隔为 ( )A. 90mB. 54mC. 270mD. 150m解： ?x ′=90m, u =0.8 c , 8790/(310)310s t -'∆=⨯=⨯()270m x x u t ''∆=∆+∆=。

大物AI作业参考解答_No.05狭义相对论参考解答

一、选择题 1. 有下列几种说法：(1) 所有惯性系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率都相同。请问哪些说法
是正确的，答案是[
]
(A) 只有(1)、(2)是正确的；
(B) 只有(1)、(3)是正确的；
1、理解伽利略力学相对性原理和伽利略变换； 2、理解狭义相对论的两条基本原理：狭义相对性原理和光速不变原理； 3、理解狭义相对论时空观的特点；会判断原时和非原时、原长和非原长，并能相互推算； 4、掌握洛仑兹坐标变换公式，能对不同参考系中的时间、空间间隔进行换算； 5、掌握狭义相对论中质速关系、质能关系、能量与动量关系，能熟练进行相关运算。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
m0c2 m0c2 m0c 2

1
1 1 0.79 选 C 1 0.832
2
8. 某加速器将电子加速到能量 = αMeV 时，该电子的动能 Ek =[
]。（两位有效数字，真空中
光速 c= 3htt × t8m/s，电子的静止质量 me= 9h × t 3 kg，1 MeV= h t × t 3 J）参数：α = 4htt
t 4=
4= 4 t 4
t = 4 t − 48 t =
t
6
三、计算题 1. 一隧道长为 L，宽为 d，高为 h，拱顶为半圆，如图。设想一列车以极高的速度 v 沿隧道长度方向
通过隧道，若从列车上观测，(1) 隧道的尺寸如何？(2) 设列车的长度为 l0，它全部通过隧道的时间是多少？

尔雅慕课-从爱因斯坦到霍金的宇宙考试详细满分答案

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1“吾爱吾师，吾更爱真理”这句话是谁说的？（）A、苏格拉底B、柏拉图C、亚里士多德D、色诺芬正确答案：C2下列人物中最早使用“物理学”这个词的是谁？（）A、牛顿B、伽利略C、爱因斯坦D、亚里斯多德正确答案：D3“给我一个支点，我就可以耗动地球”这句话是谁说的？（）A、欧几里得B、阿基米德C、亚里士多德D、伽利略正确答案：B4“格物穷理”是由谁提出来的？（）A、张载B、朱熹C、陆九渊D、王阳明正确答案：B5相对论是关于（）的基本理论，分为狭义相对论和广义相对论。

A、时空和引力B、时空和重力C、时间和空间D、引力和重力正确答案：A欧洲奴隶社会比中国时间长，中国封建社会比西方时间长。

正确答案：√7阿基米德是欧几里得的学生的学生。

正确答案：√8西方在中世纪有很多创造。

正确答案：×伽利略与经典物理的诞生1以下不属于伽利略的成就的是（）A、重述惯性定律B、发现万有引力C、阐述相对性原理D、自由落体定律正确答案：B2“地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之运也”体现了什么物理学原理？（）A、相对性原理B、惯性原理C、浮力定理D、杠杆原理正确答案：A3哪位古希腊哲学家认为万物都是由原子构成的A、亚里士多德B、毕达哥拉斯C、色诺芬D、德谟克利特正确答案：D4惯性定律认为物体在不受任何外力的作用下，会保持下列哪种运动状态？（）A、匀速曲线B、加速直线C、匀速直线D、加速曲线正确答案：C5《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》与《天体运行论》都是伽利略的著作正确答案：×伽利略是奥地利物理学家，近代实验科学的先驱者。

（）正确答案：×7伽利略的逝世和牛顿的出生都是在1642年。

（）正确答案：√8伽利略认为斜面上的运动是冲淡了的自由落体运动。

（）正确答案：√经典物理的三大支柱：经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学1物理学家焦耳是哪个国家的人？（）A、德国B、奥地利C、英国D、意大利正确答案：C2以下哪一项属于经典物理的范畴A、万有引力定律B、热质学说C、量子论D、狭义相对性原理正确答案：A3谁完成了光的双缝干涉实验，认识到光是横波，并提出了颜色的三色定理？（）A、伽利略B、牛顿C、爱因斯坦D、托马斯·杨正确答案：D4“热力学第三定律”的发现者是谁？（）A、克劳修斯B、能斯特C、开尔文D、焦耳正确答案：B5以下哪个人没有提出“热力学第二定律”？（）A、卡诺B、克劳修斯C、迈尔D、开尔文正确答案：C6以下哪个人不是“热力学第一定律”的发现者？（）A、迈尔B、焦耳C、赫姆霍兹D、能斯特正确答案：D7下面哪项不属于电磁学定律？（）A、库仑定律B、安培定律C、能斯特定理D、电磁感应定律正确答案：C8牛顿的主要著作有《自然哲学的数学原理》和《光学》。

相对论习题选(09.3.)

相对论在粒子物理学中的应用
基本粒子的相互作用
相对论解释了基本粒子之间的相互作用，如光子、电子和质子等。
原子核结构和衰变
相对论对原子核的结构和衰变机制提供了理论基础，有助于研究原子能级和放射性。
高能物理实验
相对论在粒子加速器和碰撞实验中发挥了关键作用，帮助科学家探索物质的本质和宇宙的起源。
相对论在通信技术中的应用
狭义相对论中的光速不变原理
光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一，即在任何惯性参考系中，光在真空中的速度都是一
样的。
这个原理意味着光速是宇宙中最快的速度，没有任何物体的速度
能够超过光速。
光速不变原理导致了时间和空间的相对性，即时间和空间不再是绝对的，而是相对于观察者的参
考系而言的。
02
习题一及解答
总结词
理解时间和空间的关系
详细描述
这道题考察了学生对时间和空间相对性的理解，要求他们分析不同参考系下时间和空间的变化情况。
解答
首先，我们需要明确相对论中的基本概念，时间和空间是相对的，取决于参考系的选择。然后，根据题目给出的条件，我们可以计算在不同参考系下时间和空间的变换关系。最后，通过对比不同参考系下的结果，得出时间和空间的相对性结论。
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04
CATALOGUE
相对论的应用
相对论在宇宙学中的应用
宇宙尺度和时间的相对性
相对论解释了宇宙尺度和时间的相对性，帮助科学家理解宇宙的膨胀和星系运动。
黑洞和引力波
宇宙射线
相对论还解释了宇宙射线的起源和传播机制，有助于理解宇宙中的高能现象。
相对论预测了黑洞的存在和引力波的传播，这些预测已被观测证实。

大学物理狭义相对论(一)

两个事件在同一地点同时发生，则它们在其他任何地点也同
时发生。
03
时间间隔的绝对性
任何两个事件之间的时间间隔，在不同的惯性参考系中都是
相同的。
狭义相对论产生背景
经典力学无法解释光速不变现象
根据经典力学，光速在不同惯性参考系中应该不同，但实验证明光速在不同惯性参考系中都是相同的。
经典力学无法解释质能关系
质量和能量之间存在等效性，可以通过公式E=mc^2进行转换，揭示了物质和能量之间的内在联系。
05
04
时间膨胀效应
运动的时钟相对于静止的时钟会变慢，即时间膨胀现象。
对现代物理学发展影响和意义
奠定了现代物理学基础
狭义相对论是现代物理学的重要基石之一，对后续理论的发展产生了深远影响。
揭示了物质和能量的本质
06
总结与展望
狭义相对论主要内容和成果回顾
狭义相对性原理
物理定律在所有惯性参照系中形式不变，即无法通过实验区分不同惯性参照系。
长度收缩效应
运动物体在其运动方向上会发生长度收缩。
01
02
光速不变原理
在任何惯性参照系中，光在真空中的传播速度都是恒定的，与光源和观察者的运动状态无关。
03
质能关系
05
电磁现象在狭义相对论中表现
电荷守恒定律在狭义相对论中形式
电荷守恒定律
在狭义相对论中，电荷守恒定律依然成立，即电荷既不能被创造也不能被消灭，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体。
洛伦兹不变性
电荷守恒定律具有洛伦兹不变性，即在任何惯性参考系中观察，电荷的总量保持不变。
物理意义
质能方程揭示了质量和能量之间的等效性，表明质量可以转化为能量，反之亦然。这种转化在核反应和粒子物理过程中尤为重要。

形而上学是一切错误理论的根源

形而上学是一切错误理论的根源观察世界的思维方式。

它把事物看成是彼此孤立、绝对静止、固定不变的，看不到事物的相互联系，忘记了它的产生、消灭和运动以及点动的相对趋势，把变化仅仅归结为位置移动和单纯数量的增减，视为外力推动的结果，有似于物理学中作为与“辩证法”相对立的一种机械教条的研究方法来批判，因此形而上学也可以表示教条主义，指用孤立、静止、片面的眼光看世界，认为一切事物都孤立的永远不变的。

马克思沿用了黑格尔的这种定义。

在黑格尔提出辩证法以后，它又被用以指非辩证法的世界观与方法论。

形而上学的核心问题是现象与本质的对立。

1、地球膨胀说的错误：地球膨胀说以地球不断膨胀来解释大陆崩裂机制的一种大地构造假说。

20 世纪20～30年代，由B.林德曼和O.C.希尔根贝格分别提出。

该学说认为原始地球有一个封闭的硅铝圈，因地球内部膨胀而导致硅铝圈的破裂、离散，形成分离的大陆；而从地幔膨胀出来的物质充填在离散的大陆之间，使洋盆不断扩大。

地球膨胀说看到因地球内部膨胀而导致硅铝圈的破裂、离散，形成分离的大陆便认为大陆是膨胀形成的。

地球膨裂说认为，地球膨胀说只看到海面上大陆海岸分离的表面片面现象，而没有看到海面下大陆海岸相连（当然大陆不可能厚到地心，只不过下面是岩浆而已）的实质现象，因此说地球膨胀的实质是膨裂。

膨胀是指地球的大陆上部分离，下部也分离；而膨裂是指地球的大陆上部分离，下部还连在一起。

这就象馒头蒸裂了，不能说馒头蒸胀了一样。

因为地球越膨胀大陆越伸展，所以地球膨胀说无法解释褶皱山脉形成的原因，被大陆飘移说取代了。

而地球膨裂说认为山脉是地球膨裂形成的，就象蒸裂的馒头一样，馒头裂口的边缘在表面张力的作用下向上弯曲翘起形成了山脉。

因此“膨裂”和“膨胀”一字之差使地球科学走了80多年弯路。

2、大陆飘移说的错误：大陆漂移假说是解释地壳运动和海陆分布﹑演变的学说。

大陆彼此之间以及大陆相对于大洋盆地间的大规模水平运动﹐称大陆漂移。

光速为什么不变

光速为什么不变
真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。

光速不变原理在狭义相对论中，指的是无论在何种惯性系中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变，这个数值是299792458米/秒。

光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔逊-莫雷实验所证实。

光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。

在广义相对论中，由于所谓惯性参照系不再存在，爱因斯坦引入了广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的，这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。

证明光速不变的四项事实：恒星光行差；恒星都是一个一个的小圆点；恒星都静止；太阳光迈克尔逊-莫雷实验。

狭义相对论的两个原理和两个条件

狭义相对论的两个原理和两个条件狭义相对论的两条基本原理是什么?狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理。

1、狭义相对性原理一切物理定律（除引力外的力学定律、电磁学定律以及其他相互作用的动力学定律）在所有惯性系中均有效；或者说，一切物理定律（除引力外）的方程式在洛伦兹变换下保持形式不变。

不同时间进行的实验给出了同样的物理定律，这正是相对性原理的实验基础。

2、光速不变原理光在真空中总是以确定的速度c传播，速度的大小同光源的运动状态无关。

在真空中的各个方向上，光信号传播速度（即单向光速）的大小均相同（即光速各向同性）。

光速同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关。

这个原理同经典力学不相容。

有了这个原理，才能够准确地定义不同地点的同时性。

爱因斯坦狭义相对论的两个基本原理爱因斯坦狭义相对论是一种物理学理论，用于解释物质和能量如何在宇宙中运动。

它是爱因斯坦在20 世纪初期提出的，并成为现代物理学的基础之一。

狭义相对论的两个基本原理是：基本不变性原理：所有的观察者，无论他们的相对运动如何，都应该观察到光的速度是相同的。

这意味着，对于不同的观察者来说，光的速度是不受他们的速度的影响的。

引力与加速度的等价原理：所有的质体都应该受到相同的引力作用。

这意味着，无论质体处在什么加速度环境中，它们都应该表现出相同的运动规律。

例如，在地球表面上落下的两个质体，不论它们的质量和形状如何，都应该以相同的加速度掉落。

这两个原理都是爱因斯坦狭义相对论的核心部分，并且在现代物理学中被广泛使用。

它们提供了一种更加精确的方法来解释宇宙中的自然现象，并为我们对宇宙的理解提供了基础。

一、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。

二、广义相对论：1、广义相对性原理和等效原理①广义相对性原理：在任何参考性中，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。

专题15相对论初步(辅导讲义)-高校自主招生物理辅导讲义及模拟训练

第十五讲相对论初步一．经典力学时空观两物体的相对位置和相对速度也不因惯性系不同而改变，而力通常是两物体相对位置和相对速度的函数，质量在牛顿力学中被认为是与运动无关的恒量，于是牛顿运动定律的形式在不同惯性系下保持不变。

这就是力学相对性原理。

在以伽利略相对性原理为根底的经典力学中，我们要得到了这样的结论：时间和空间是绝对的、相互别离的；物体的大小与惯性参考系无关；时间的流逝不因惯性运动而改变；不同地点的同时性是绝对不变的。

二、经典力学的困难〔1〕速度合成律中的问题伽利略相对性原理和他的坐标变换的重要的结论是速度的合成律。

而天文观测光传播速度合成律不适用。

〔2〕以太风实验的零结果〔3〕电磁现象不服从伽利略相对性原理〔4〕质量随速度增加三、相对论的两个根本假设爱因斯坦说：“相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些矛盾已经没法防止了。

新理论的好处在于它解决这些困难时，很一致，很简单，只应用了很少几个令人信服的假定。

〞当别人忙着在经典物理的框架内用形形色色的理论来修补“以太风〞的学说时，爱因斯坦另辟蹊径，提出两个重要假设来：第一个：所有惯性参照系中的物理规律是相同的。

物体的位移、速度以及电场强度、磁感应强度等物理量有可能因为所选择参考系的不同而不同，但是它们所遵从的物理规律却是同样的。

也就是说，在一切惯性系中物理定律的数学形式完全相同。

第二个：真空中的光速相对任何观察者来说都是相同的。

光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。

爱因斯坦提出这个假设是非常大胆的。

下面我们即将看到，这个假设非同小可，一系列违反“常识〞的结论就此产生了。

3.1同时性的相对性何谓两地的事件同时发生？譬如说，来自银河中心的引力波信号“同时〞激发设在北京和广州的引力波探测天线，我们怎样知道引力波是“同时〞到达两地的呢？也许有人说，这还不简单，两地的人都看看钟就行了。

于是，问题就化为如何把两地的钟对准的问题。

尔雅-从爱因斯坦到霍金的宇宙

【尔雅】从爱因斯坦到霍金的宇宙（）最早认识到光是横波的形式存在的。

A、牛顿B、伽利略C、托马斯•杨D、毕达哥拉斯正确答案：C“安史之乱”发生在下列哪位皇帝在位时期:（）A、唐高宗李治B、武则天C、唐太宗李世民D、唐玄宗李隆基正确答案：D“格物穷理”是我国哪位物理学家提出：朱熹“格物致知”出自儒家经典著作：《礼记》。

“格物致知”来源于《礼记?中庸》，“格”的意思是感通；而“格物穷理”是朱熹提出来的。

×“给我一个支点我就可以翘起地球”这句话是柏拉图说的。

N“光从一点传播到另外一点的时候一定要走光程最短的那根线?”指的是：费尔马原理“光量子说”是（）提出的。

爱因斯坦“黑洞的表面积有可能是熵”这个猜想是哪国人提出的：A、美国人B、德国人C、荷兰人D、犹太人正确答案：D“侯氏制碱法”的创始人是侯德榜。

是“居里定律”的发现者是（）。

A、伦琴B、居里夫人C、皮挨尔•居里D、能斯特正确答案：C“洛伦兹变换”这个名称是哪位科学家起名的: A、彭卡莱B、洛伦兹C、爱因斯坦D、普朗克正确答案：A“洛伦兹变换”这个名称是哪位科学家起名的：彭卡莱“人法地，地法天，天法道，道法自然”是儒家思想。

(20.00分) 否“任何观测者测量的光速的值是不变的”，是下列哪个理论的观点（）(30.00分) D．广义相对论“时间是什么？没人问我，我很清楚，一旦问起，我便茫然。

”是（）著名思想的家圣奥古斯丁的著名言论。

A、佛教B、天主教C、基督教D、伊斯兰教正确答案：B “四方上下曰宇，古往今来曰宙”出自：《淮南子》“投笔从戎”的人物是：（）班超“物理时空一定有奇点”和“时间一定有开始和结束”是下列哪位人物提出的：（）A、爱因斯坦B、莱布尼兹C、彭若斯与霍金D、史瓦西正确答案：C“相对论”这个名称是哪位科学家起名的: A、普朗克B、彭卡莱C、洛伦兹D、爱因斯坦正确答案： C“一个不受力的物体，将做惯性运动”是（）在阐述惯性定律的时候提到的。

版尔雅从爱因斯坦到霍金的宇宙第一章的答案

第一章的答案，希望能帮到大家。

雷锋爱因斯坦和量子论与相对论的诞生（一）已完成1浮力定律是阿基米德提出的。

正确答案：√我的答案：√2探究式的学习方式由西方传播而来。

正确答案：×我的答案：×3下列选项中属于伽利略的成就的是：（）•A、重述惯性定律•B、用科学的语言阐述了相对性原理•C、自由落体定律•D、以上都是正确答案：D 我的答案：D4提出杠杆原理的学者是：（）•A、伽利略•B、阿基米德•C、亚里士多德•D、牛顿正确答案：B 我的答案：B5最早用到物理学这个词的人物是：（）•A、苏格拉底•B、柏拉图•C、亚里士多德•D、孟德斯鸠正确答案：C 我的答案：C6最早使用物理学这个词的人是•A、苏格拉底•B、柏拉图•C、亚里士多德•D、阿基米德正确答案：C 我的答案：C7相对论是关于时空和引力的基本理论。

正确答案：√我的答案：√8爱因斯坦重要的科学发现和创新都是老年时期做的。

正确答案：×我的答案：×9静力学和流体静力学的奠基人是•A、苏格拉底•B、柏拉图•C、亚里士多德•D、阿基米德正确答案：D 我的答案：D10“吾爱吾师，吾更爱真理”是谁说的•A、苏格拉底•B、柏拉图•C、亚里士多德•D、阿基米德正确答案：C 我的答案：C11希腊三哲不包括•A、苏格拉底•B、柏拉图•C、亚里士多德•D、阿基米德正确答案：D 我的答案：D12提出了浮力定律、杠杆原理、重心概念的人是谁：•A、柏拉图•B、阿基米德•C、苏格拉底•D、爱因斯坦正确答案：B 我的答案：B13提出惯性定律、相对性原理、自由落体定律的科学家是：•A、阿基米德•B、牛顿•C、伽利略•D、哥白尼正确答案：C 我的答案：C14阿基米德的国家被罗马围攻时，他设计的抛石机运用了（）。

•A、伽利略定律•B、牛顿定律•C、浮力定律•D、杠杆原理正确答案：D 我的答案：D15“格物穷理”是我国哪位理学家提出：•A、沈括•B、毕升•C、朱熹•D、祖冲之正确答案：C 我的答案：C16苏格拉底、柏拉图和亚里士多德被称为“希腊三贤”。

光速与真空介电常数和真空磁空导率的关系

我在那一章里给了一个理解的案例。大家再看看吧。我们知道河槽宽的地方，河流流速缓慢；而河槽窄的地方，河流流速较快。等量的河水，我让河槽窄的地方，比原来窄上100万亿分之1米，那么窄的地方河流的流速有变化吗？理论上有变化，可是实际呢？实际是没有变化的，因为这样微小的变化，至少人类是无法测量出来的。
而光速有测量值，也有定义值。但我们都知道，它不是绝对定值，小数点后面有多少数字我们不清楚。这是可以解释为宇宙背景的“弹性”。你会发现很有物理常数，都不是绝对定值，那这就不是偶然。我有一章内容，专门列出了很多个常数，相信大家看到了，很多人可能会认为我是为了凑字数，而增加的这一章。其实还不是，对于这一章，我思虑了很久。我把这些数字都列了一个表了，试着找关系，看看能否找到一些共性，结果没有找到。当然我的算法就很简单，这是能力的限制。如果你看到了，你有新的方法，或许可以算出宇宙这种“弹性系数。”
他在总结从库伦定律到安培高斯法拉第等人有关电磁学说的全部成就在此基础上加以了推广和发展得出了以自己名字命名的方程组即麦克斯韦方程组其主要包括四个方程式然后再补充三个描述介质的方程式总共7个方程式
光速与介电常数以及磁导率的关系
——灵遁者
介电常数和磁导率这两个词，你一定在我的科普书中见过几次了，或者你的老师也提到过。但对于这两个词，其实科普内容或者教科书中都涉及的较少。网络上关于这两个概念的介绍，也不多。但我认为这两个词的概念，很重要。尤其是对于光速而言。
关于这一章其实写到这里就结束了。但我在百科上，看到一个真空介电常数与真空背景周期的关系的推理。我个人浏览了一遍，觉得不错。这也是大家理解真空介电常数与真空背景有关的佐证。数学能力强的，可以看看下文。
百科摘录：值得一提的是，t =8.81 ×10秒在数值上刚好近似等于真空介电常数ε0，这两个量之间有什么关系呢? 为了说明这个问题，这里假定真空中有二个带有相同电量( 电量为e) 的点电荷相互作用，相互作用势能为：。如果单个电荷以周期 t 做圆周运动，则电流强度为 I = e/t. 根据实验结果，电阻的表达式可写为：