第六章第1、2節(jié)牛頓力學(xué)中運動的相對性狹義相對論的兩個基本假設(shè)

1、關(guān)鍵尊句fflS學(xué)到活用牛頓力學(xué)中運動的相對性/-.第八S浮DILIU ZHANG / - - - - . - /X第1、2節(jié)/牛頓力學(xué)中運動的相對性狹義相對論的兩個基本假設(shè)1. 經(jīng)典的時空觀認(rèn)為時間是絕對的,空間是絕對的，時間和空間相互 獨立、互不相關(guān)。2. 愛因斯坦狹義相對論認(rèn)為對不同的慣性系，物理規(guī)律都是一樣的。3. 在不同的慣性系中，光在真空中傳播的速率都是一樣的， 恒為c 這就是光速不變原理。自讀教材抓基礎(chǔ)1. 伽利略相對性原理在做勻速直線運動的慣性參考系中，力學(xué)現(xiàn)象都以同樣的規(guī)律講行。在任何慣性參考系中，力學(xué)的規(guī)律都是一樣的，都可以用牛頓定律來描述。2. 經(jīng)典時空觀牛頓認(rèn)為：絕對的

2、、真正的和數(shù)學(xué)的時間在均勻地、與任何外界事物無關(guān)地流逝著;絕對空間與外界任何事物無關(guān)，永遠(yuǎn)是相同的和不動的。時間和空間相互獨立、互不相關(guān)。3. 伽利略速度變換相對地面以速率 U開行的車廂內(nèi)，物體相對于車廂以速率 v'向前運動時，物體對地面的速率就是v = U + v ；如果物體向后運動時， 相對于地面的速率就是 v = U- v，。速率從一個參考系變換到另一個參考系的關(guān)系式稱為伽利略速度變換公式。跟隨名師解疑難1. 經(jīng)典力學(xué)的相對性原理的理解(1) 經(jīng)典力學(xué)相對性原理：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，即任何慣性系都是等價的。但物體相對于不同的參考系運動的結(jié)果不同。理解經(jīng)典力學(xué)的相對性

3、原理應(yīng)注意的問題: 慣性系和非慣性系。如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系。相對一個慣性系做 勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系，勻速運動的汽車、輪船等作為參考系，就是慣性系。牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系。例如我們坐在加速的車廂里，以車廂為 參考系觀察路邊的樹木房屋向后方加速運動，根據(jù)牛頓運動定律，房屋樹木應(yīng)該受到不為 零的合外力作用，但事實上沒有，也就是牛頓運動定律不成立。這里加速的車廂就是非慣 性系。 這里的力學(xué)規(guī)律指的是“經(jīng)典力學(xué)規(guī)律”。2.絕對時空觀的認(rèn)識（1）絕對時間：兩個同時發(fā)生的事件，不論是靜止參考系中的觀測者還是勻速直線運動 參考系中的觀測者，他

4、們測得這兩個事件發(fā)生的時刻都是相同的，某事件經(jīng)歷的時間不會 因參考系不同而不同?？梢?，“同時”是絕對的，時間也是絕對的，時間永遠(yuǎn)均勻地流逝 著，與物質(zhì)無關(guān)，與運動無關(guān)。（2）絕對空間：宇宙中存在一個絕對靜止的慣性參考系（簡稱慣性系），力學(xué)規(guī)律首先應(yīng)當(dāng)能在這個參考系中準(zhǔn)確地陳述，這個絕對靜止的慣性系與時間無關(guān)，永恒不變，它可以脫 離物質(zhì)獨立存在。這就是絕對空間概念。x = x，+ vt'（3）經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換式：5,。1= t學(xué)后自檢（小試身手）以下說法中正確的是（）A 經(jīng)典物理中的速度合成公式在任何情況下都是適用的B.經(jīng)典物理規(guī)律也適用于高速運動的物體C 力學(xué)規(guī)律在一個靜止的參考系

5、和一個勻速運動的參考系中是不等價的D 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系里都是等價的解析：選D 在所有慣性系中，一切物理規(guī)律都是等價的，故D正確，C錯誤；經(jīng)典物理規(guī)律是狹義相對論在低速狀態(tài)下的一個近似，所以經(jīng)典物理規(guī)律只適用于低速運動的物體，而經(jīng)典物理中的速度合成公式也只適用于低速情況，故A、B均錯誤。I 狹義相對論的兩個基本假設(shè)自讀教材抓基礎(chǔ)1.牛頓力學(xué)與電磁學(xué)理論的矛盾按照麥克斯韋理論，真空中的光速c應(yīng)當(dāng)是一個電磁學(xué)常量，在不同慣性系中應(yīng)當(dāng)有相同的值，按照伽利略速度變換公式，在不同慣性系中的真空中光速應(yīng)當(dāng)有不同的值愛因斯坦相對性原理對不同的慣性系，物理規(guī)律 （包括力學(xué)的和電磁的）都是一樣的光速不變原理光

6、在真空中運動的速度在任何慣性系中測得的數(shù)值都是相同的2.兩個基本假設(shè)跟隨名師解疑難1.愛因斯坦相對性原理對于描述一切物理過程(包括物體位置變動、 電磁以及原子過程)的規(guī)律，所有慣性系都是等價的，這里的物理過程包括光在內(nèi)。愛因斯坦把伽利略的力學(xué)相對性原理推廣到了電磁物理規(guī)律和一切其他規(guī)律，成為第一個假設(shè)。愛因斯坦的狹義相對性原理是伽利略力學(xué)相對性原理的推廣。2. 光速不變原理在任何慣性系中，光在真空中的速度恒為C,與光源的運動和觀測者的運動無關(guān)，即光的傳播速率不遵守伽利略速度變換公式。(小試身手)學(xué)后自檢(1)如圖所示，參考系 0 '相對于參考系0靜止時，人看到的光速應(yīng)是多少?參考系0相

7、對于參考系 0以速度v向右運動,(3)參考系0相對于參考系 0 '以速度v向左運動,人看到的光速應(yīng)是多少?人看到的光速又是多少?解析：根據(jù)狹義相對論理論，光速是不變的，都應(yīng)是C。答案：三種情況都是C昌把握-命題熱點知規(guī)律授技巧 知能步出升級I對經(jīng)典力學(xué)相對性的認(rèn)識典題例析1.如圖所示，在列車車廂的光滑水平面上有一質(zhì)量為m= 5 kgFt 0的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn)。 現(xiàn)在給小球一個水 平向前的Ft = 5 N的拉力作用，求經(jīng)10 s時間，車廂里的觀察者和地 面上的觀察者看到小球的速度分別是多少？思路點撥解答本題應(yīng)注意以下兩點:在不同參考系中，研究對象的運動狀態(tài)可

8、能不一樣;應(yīng)用牛頓第二定律和運動學(xué)解決小球的運動問題。解析：對車上的觀察者:Ft2小球的初速度為0加速度a = m = 1 m /s "Os末小球的速度v匸at = 10 m/ s。對地上的觀察者:Ft2小球的初速度 vo = 20 m/s,加速度仍為 a =不=1 m/s , 10 s末小球的速度 V2 = vo+ at=30 m/ S。答案：10 m/s 30 m/ s探規(guī)尋律在兩個慣性系中，雖然觀察到的結(jié)果并不相同，但我們卻應(yīng)用了同樣的運動定律和速 度合成法則，也就是說，力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。跟蹤演練甲車以20 m/s的速度向東行駛，乙車以 15 m/ s的速度向西

9、行駛，則甲車相對于乙車的速度大小為，方向為解析：甲車的速度v = 20 m/s，乙車的速度U = 15 m/ s,由伽利略速度變換公式 v =u+ v ，得甲車相對于乙車的速度v = v u= 35 m/s。答案：35 m/s 向東I對狹義相對論的兩個基本假設(shè)的理解典題例析2.屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中A.真空中光速不變B.時間間隔具有相對性C .物體的質(zhì)量不變D .物體的能量與質(zhì)量成正比思路點撥解答本題的關(guān)鍵是牢記狹義相對論基本假設(shè)，要與時間間隔的相對性、相對論質(zhì)量等區(qū)分開來。A屬于解析：狹義相對論基本假設(shè)：一是在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的;二是真空中的光速

10、在不同的慣性參考系中都是相同的，即光速不變原理，由此可知 狹義相對論基本假設(shè)，故 A正確，B、C、D錯誤。答案：A探規(guī)尋律理解狹義相對論的兩個基本假設(shè)，熟記狹義相對論兩個基本假設(shè)的具體內(nèi)容。愛因斯坦相對性原理：對不同的慣性系，物理規(guī)律(包括力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等 )都是一樣的。(2) 光速不變原理：在任何慣性系中，光在真空中的速度恒為 C,與光源的運動和觀測者 的運動無關(guān)。在此基礎(chǔ)上相關(guān)問題就會迎刃而解了。跟蹤演練下列幾種說法:（1）所有慣性系對物理基本規(guī)律都是等價的。（2）在真空中，光的速率與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關(guān)。（3）在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速率都相同。 其中正確的

11、說法是（）A .只有（1）、（2）是正確的 B.只有（1）、（3）的正確的 C .只有（2）、（3）是正確的D .三種說法都是正確的解析：選D 根據(jù)愛因斯坦相對性原理可知，對不同的慣性系，物理規(guī)律都是一樣的,因此說法（1）正確；根據(jù)光速不變原理知，光的傳播速率不遵守伽利略速度變換公式，與光源的運動狀態(tài)無關(guān)，光速不變，光在真空中的速率是一常數(shù)。因此說法（2）和也都正確,正確選項為D。也I應(yīng)用-落實體驗課學(xué)對點練深下綜合練課堂雙基落實1.多選通常我們把地球和相對地面靜止或做勻速直線運動的物體參考系看成是慣性 系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則屬于非慣性系的有（）A .停在地面上的汽車B.繞地球做勻速圓周

12、運動的飛船C .在大海上勻速直線航行的輪船D .進(jìn)站時減速行駛的火車（本選項特別易錯），進(jìn)站解析：選BD 通俗來說，相對地面靜止或做勻速運動的物體就是慣性系，題中所給的 四個對象，繞地球做勻速圓周運動的飛船的運動為變加速曲線運動減速的火車的運動也是變速運動，故B、D正確，A、C錯誤。2.多選根據(jù)伽利略相對性原理，可以得到下列結(jié)論（）A .任何力學(xué)規(guī)律在慣性系中都是相同的B.同一力學(xué)規(guī)律在不同的慣性系中可能不同C .在一個慣性參照系里不能用力學(xué)實驗判斷該參照系是否在勻速運動D .在一個慣性參照系里可以用力學(xué)實驗判斷該參照系是否在勻速運動C正確，D錯誤。解析：選AC 伽利略的相對性原理是：力學(xué)規(guī)律

13、在任何慣性系中都是相同的，故選項A正確，B錯誤；根據(jù)伽利略相對性原理的另一種表述，選項3.下列說法中正確的是（）A .相對性原理能簡單而自然地解釋電磁學(xué)的問題B.在真空中，若物體以速度 v背離光源運動，則光相對物體的速度為C- vC .在真空中，若光源向著觀察者以速度v運動，則光相對于觀察者的速度為C+ vD.邁克耳孫一樣的莫雷實驗得出的結(jié)論是不論光源與觀察者做怎樣的相對運動,光速都是解析：選D相對性原理簡單而自然，但在電磁學(xué)的領(lǐng)域里,涉及相對哪個參考系才成立的問題，故選項A錯誤；根據(jù)狹義相對論的光速不變原理，故選項B、C錯誤，D正確。4. 多選關(guān)于狹義相對論的兩個假設(shè)，下列說法正確的是（A

14、.在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B.在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣C .真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的D .真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的解析：選AC 狹義相對論的兩個基本假設(shè)分別是愛因斯坦相對性原理和光速不變原 理。選項A、C正確。課下綜合檢測1.多選如果牛頓運動定律在參考系 A中成立，而參考系B相對于A做勻速直線運動, 則在參考系B中 （）A .牛頓運動定律也同樣成立B.牛頓運動定律不能成立C . A和B兩個參考系中，一切物理定律都是相同的D .參考系B也是慣性參考系A(chǔ)、C正確,解析：選ACD 相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個

15、參考系，也是慣性系, 確；根據(jù)狹義相對性原理，在不同的慣性參考系中一切物理定律都是相同的,B錯誤。2.下列關(guān)于狹義相對性原理的說法中正確的是（）A .狹義相對性原理是指力學(xué)規(guī)律在一切參考系中都相同B.狹義相對性原理是指一切物理規(guī)律在一切參考系中都相同C .狹義相對性原理是指一切物理規(guī)律在所有慣性參考系中都相同D .狹義相對性原理與經(jīng)典相對性原理沒有區(qū)別解析：選C 經(jīng)典力學(xué)的相對性原理是指一切力學(xué)規(guī)律在所有慣性系中都是相同的, 狹義相對性原理是指一切物理規(guī)律在所有慣性參考系中都是相同的，狹義相對性原理中的“規(guī)律”是指一切物理規(guī)律，經(jīng)典力學(xué)的相對性原理中的“規(guī)律”只是指力學(xué)規(guī)律，其范圍 不同。因此

16、選項 C是正確的，其他選項都不對。3. 下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的時空觀的說法中不正確的是（）A 經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，同時是絕對的，即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察 到的兩個事件，對另一參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的（或物體的運動）所經(jīng)歷的B.在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，時間間隔是絕對的，即任何事件時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關(guān)C .在經(jīng)典力學(xué)的時空觀中，空間距離是絕對的，即如果各個參考系中用來測量長度的 標(biāo)準(zhǔn)相同，那么空間兩點距離是絕對的不變的量值，而與參考系選取無關(guān)D .經(jīng)典力學(xué)的時空觀就是一個絕對的時空觀，時間與空間、物體的運動有關(guān)解析：選D 經(jīng)典的時空觀認(rèn)為，時

17、間、空間均是絕對的，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)。同時也是絕對的，即在一個參考系中同時發(fā)生的兩個事件，在不同參考系中觀察也是同時發(fā)生的，故A、B、C均正確，D錯誤。4.如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C。假想有一列車沿 AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個閃光,列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是（）A.同時被照亮B. A先被照亮D 無法判斷C . C先被照亮解析：選C火車上的觀察者是以火車為參考系，燈塔A、B、C均沿與火車運動的反向運動（即沿CA方向）。B發(fā)出的光向 A、C傳播的過程中，A是遠(yuǎn)離光線運動，C是向著光線運動，在火車上的觀察者看，光線先傳播到c,g卩C光被照

18、亮。5. 多選在做勻速直線運動的火車車廂里，某個座位上的人豎直向上拋出一個小球,下列幾種說法中正確的是 （）A .小球依然落在該座位上B.相對火車靜止的觀察者看到小球做豎直上拋運動C 在路邊的觀察者看到小球做豎直上拋運動D 在路邊的觀察者看到小球做向前的平拋運動解析：選AB 由于火車的運動是低速狀態(tài)下的運動，其運動規(guī)律滿足牛頓運動定律,適合牛頓的絕對時空觀理論，被拋起的小球只受重力作用， 在水平方向上不受力的作用， 因 此仍舊落回原處，A正確；相對火車靜止的觀察者，與小球具有相同的水平速度，水平方向相對靜止，故看到小球做豎直上拋運動，B正確；路邊的觀察者看到拋起的小球，在水平方向上做勻速直線運動，在豎直方向上做豎直上拋運動，因此看到小球做向前的斜上拋運動, 選項C、D均錯誤。6. 觀察者甲、乙分別靜止在慣性系S、S'中，S'相對于S以速度U運動，S'中的一個