高中物理必备知识点：相对论简介总结

高中物理必备知识点：相对论简介总结

选修3-4 第十七章 相对论简介 本章概览 这一章介绍高速物体的运动规律和相对论的时空观。这章的教学有两个特点。 第一，我们平时接触的都 是低速运动，因此本章很多结论与日常经验不一致，难于接受。第二，相对论的全面阐述要用到较多的高等 数学知识，所以这章许多结论都是直接给出的。相对论内容非常抽象，不易理解，但考纲对本章要求不高， 只要记住结论就行。 知识网络 考点剖析 【教学要求】 1．了解相对论的几个基本假设。 2．知道长度、时间的相对性。 3．初步了解相对论速度、质量变换公式。 4．了解爱因斯坦质能关系。 【知识再现】[来源:学.科.网 Z.X.X.K] 相对论简介 相对论的诞生：伽利略相对性原理 狭义相对论的两个基本假设：狭义相对性原理；光速不变原理 时间和空间的相对性：“同时”的相对性 长度的相对性―― 2 0 )(1 c vll  时间间隔的相对性―― 2)(1 c v t     相对论的时空观 狭义相对论的其他结论：相对论速度变换公式―― 21 c vu vuu     相对论质量―― 2 0 )(1 c v m m   质能方程 2mcE  广义相对论简介：广义相对性原理；等效原理 广义相对论的几个结论：物质的引力使光线弯曲 引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别 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 对于一个惯性系做 运动的另一个参考系也是惯性系． 2．狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理： 。 (2)光速不变原理： 。 3．相对论质量 物体以速度 v 运动时的质量 m与静止时的质量 m0之间的关系 2 0 )(1 c v mm   4．质能方程：E＝mc2 重点突破 知识点一狭义相对论的两个基本假设 1．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．狭义相对性原理：在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的 3．光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关 系。 注意：光速与光源的运动和观察者无关。 4．对两个基本原理的正确理解 ①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律。 ②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向。 ③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。 【应用 1】下列说法正确的是 （ ） A．力学规律在任何参考系中都是相同的 B．在所有惯性系中物理规律都是相同的 C．在高速运动情况下，惯性系中的物理规律也不一定相同 D．牛顿运动定律在非惯性系中不变 导示:在所有的惯性参考系中，物理规律都是相同的，在非惯性参考系中，牛顿运动定律不再选用。故选 B 知识点二时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性：“同时”是相对的。在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同 时”。 理解：由于光速不变，即光速在任何惯性系中都是相同的，那么当另一个惯性系的速度能够和光速相比时， 同时性就是相对的。即在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一个惯性系中就不一定是同时发生的。 2．长度的相对性：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。即 2 0 )(1 c vll  式中 l，是与杆相对运动的人观察到的杆长，l0是与杆相对静止的人观察到的杆长。 注意：①在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化。 ②这种长度的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与他们一起运动的两位 观察者都会认为对方的杆缩短了。 3．时间间隔的相对性：从地面上观察，高速运动的飞船上时间进程变慢，飞船上的人则感觉地面上的时间进 2)(1 c v tt    程变慢。 式中 t 是与飞船相对静止的观察者测得的两事件的时间间隔， t 是地面上观察到的两事件的时间间隔。 4．相对论的时空观：经典物理学认为，时间和空间是脱离 物质而独立存在的，是绝对的，二者之间没有联 系；相对论则认为时间和空间与物质的运动状态有关，物质、时间、空间是紧密联系的统一体。 理解：在速度较低的时候，长度、时间是感觉不出来变化的，所以容易理解为长度、时间与物质之间没有什 么关系，尤其是时间会认为是流逝的均匀的坐标。当速度很大时，长度和时间都跟着变化了，这时对宇宙的 看法也必然要变化，长度和时间与物质是紧密相关的，长度和时间是不能离开物质而独立存在的。长度和时 间随着物质存在的运动状态而变化是更重要的理解。 【应用 2】在地面上有一长 l00m 的跑道，运动员从起点跑到终点，用时 l0s，现从以 0.8C 速度沿跑道向前 飞行的飞船中观察，跑道有多长? 导示:由长度的相对性可知：跑道长 知识点三狭义相对论的其它结论 1．相对论速度变换公式： )/1/( 2cvuvuu  。（式中 v为高速火车相对地的速度，u′为车上的人相对于车 的速度，u 为车上的人相对地面的速度）。对于低速物体 u′与 v 与光速相比很小时，根据公式 u= )/1/()( 2cvuvu  可知错误！不能通过编辑域代码创建对象。<

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