高二物理选修3-4第十五章相对论简介导学案

第一节 相对论的诞生

第二节 时间和空间的相对性

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知识要点

一、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，一切物理定律都是相同的。

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。

狭义相对论的几个重要的结论

二、时间和空间的相对性

1、同时的相对性

2、长度的相对性

如果与杆相对静止的人认为杆长是L 0，与杆相对运动的人认为杆长是L ，

L ＝L 02)(1c v -，其中V 是观察者与杆沿杆长方向相对运动的速度。

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（尺缩效应）

3、时间间隔的相对性 时间延缓

在惯性参考系1中观察者测得本参考系中两个事件的事件间隔是Δτ，则在以速度V 相对惯性参考系1运动的惯性参考系2中的观察者测得的时间间隔为Δt ，两者的关系是 Δt ＝Δτ/2)(1c v -

当在地面观察以速度V 前进的火车时，车上的时间进程变慢了，不仅时间变慢了，物理、化学过程和生命的过程都变慢了。 （时间延缓效应）

4、时空相对性的验证

（1）铯原子钟验证；（2）宇宙射线验证。

5、相对论的时空观

经典物理学：空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间和时间之间也是 没有关系的。

相对论：空间和时间与物质的运动状态有关，是相对的

一、选择题

1、根据气体吸收谱线的红移现象推算，有的类星体远离我们的速度竟达光速c 的80%，即每秒24万公里。下列结论正确的是 （ ）

A ．在类星体上测得它发出的光的速度是（1＋80％）c

B ．在地球上接受到它发出的光的速度是（1-80％）c

C ．在类星体上测得它发出的光的速度是c

D ．在地球上上测得它发出的光的速度是c

2、如果你以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是

在运动（ ）

A ．你的质量在增加

B ．你的心脏跳动在慢下来

C ．你在变小

D ．以上三种变化同时发生

E ．你永远不能由自身的变化知道你的速度

3、一根10m 长的梭镖以相对论速度穿过一根10m 长的管子，它们的长度都是在静

止状态下测量的。以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况？ （ ）

A ．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它

B ．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖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，管子恰好遮住梭镖

D ．所有这些都与观察者的运动情况有关

4、下列几种说法：

（1）所有惯性系的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。

其中哪些说法正确的（ ）

A ．只有（1）（2）是正确的

B ．只有（1）（3）是正确

C ．只有（1）（2）是正确的

D ．三种说法都正确的

5、在狭义相对论中，下列说法中正确的是（ ）

A ．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

B ．质量、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变的

C ．惯性系中的观察者观察一个与他匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他

相对静止的相同的时钟走得慢些

D ．长度的测量结果与物体和观察者之间的相对状态无关。

6、甲、乙、丙三个完全相同的时钟，甲放在地面上，乙、丙分别放在两架航天飞机

上，航天飞机沿同一方向高速飞离地球，但是乙所在的飞机比丙所在的飞机飞得快。则乙所在飞机上的观察者认为： （ ）

A ．走得最快的钟是甲

B ．走得最快的钟是乙

C ．走得最快的钟是丙

D ．走得最慢的钟是甲

第三节狭义相对论的其他结论

第四节广义相对论的简介

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知识要点

一、其它几个结论

1、相对论速度变换公式

参考系1相对参考系2的速度为V，参考系1中的物体以速度u′沿着参考系1运动的方向运动，则该物体相对参考系2的速度为

2、相对质量

物体以速度V运动时的质量m与静止时质量m的关系：

3、质能方程

(1)方程公式：E＝mC2

（2）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

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：。

（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。

三、广义相对论的几个结论

（1）物质的引力能使光线。

（2）在强引力场附近，时间进程会。

例如白矮星附近的原子发光的频率比同种原子在地球上发光的频率，这种现象叫做。

一、选择题

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是物体的动能

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

2、下列关于广义相对论的说法正确的是：（）

A．“一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价”是广义相对论的等效原理；

B．据广义相对论：“物质的引力使光线弯曲”，这个预言已被证实；

C．据广义相对论：矮星发出的光存在“引力红移”，天文观测证实了这样的预言；

D．由于技术的限制，目前在地球上还不能验证引力红移。

3、根据爱因斯坦质能关系方程，可以说明（）

A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等

B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳总质量一定在不断的减小

C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的质量是不可改变的

D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大

二、填空题

4、例如白矮星附近的原子发光的频率比同种原子在地球上发光的频率，这种现象叫做。

三、计算题

5、星际火箭以0.8C的速率飞行，其运动时质量为静止质量的多少倍？

6、地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108m/s从他身边飞过，另一飞船B 以速度2.0×108m/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：

7、太阳在不断地辐射能量，因而其质量也不断地减少。若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J，试计算太阳在一秒内失去的质量。估算5000年内总共减少了多少质量，并与太阳的总质量2×1027t比较之。