发布时间 : 星期三 文章2019-2020学年高中物理沪科版选修3-4学案：5.1 电磁场理论引发的怪异问题 5.2 狭义相对论的基本原理 Word更新完毕开始阅读a7a7752fa56e58fafab069dc5022aaea998f41c1
5.1 电磁场理论引发的怪异问题 5.2 狭义相对论的基本原理
1.了解电磁场理论的局限性. 2.了解狭义相对论的基本原理.（重点）
一、迈克耳孙—莫雷实验
在水平面内不同的方位进行观察，干涉条纹并没有预期的移动，这说明，光在任何方向上传播时，相对于地球的速度都是相同的.也就是说，地球相对于“以太”的速度v实际上为零，或者说“以太”根本不存在，光速c是不变的这就是迈克耳孙－莫雷实验的“以太漂移的零结果”.
二、电磁理论的“缺陷”
伽利略相对性原理指出：对于力学规律来说，一切惯性系都是等价的. 三、狭义相对论的两条公设
1.在所有相互做匀速直线运动的惯性参考系中，物理规律都是相同的，这个公设叫做爱因斯坦相对性原理.
2.在所有相互做匀速直线运动的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相等的Ｗ.这个公设叫做光速不变原理Ｗ.
四、洛伦兹变换
v
t′＋2x′cx′＋vt′
1.x＝ 2.y＝y′ 3.z＝z′ 4.t＝
v2v21－21－2
cc式中c为光速，这一变换式通常叫做洛伦兹变换. 五、同时的相对性
同时的相对性是指：在不同的地点发生的两个事件，在一个惯性系里是同时的，但在另一个惯性系里看来却不是同时的.
从爱因斯坦的狭义相对论来看，不存在全宇宙普适的同时概念，也就是说“同时”是相对的，跟观察者所选取的参考系有关.
理解狭义相对论的两条基本原理
1.经典力学的相对性原理和狭义相对性原理的区别
经典力学的相对性原理指的是力学规律在任何惯性系中都是相同的.而狭义相对性原理指的是一切客观真实的物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式（不再局限于力学规律）各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系.该原理所涉及的参考系仅限于惯性系.
2.光速不变原理
(1)内容：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观察者的运动无关. (2)涉及光速的速度变换 根据狭义相对论的速度叠加公式
u′＋vu＝，若参考系A静止，参考系B相对参考系A以v＝nc运动，光相对于参考系B
u′v1＋2
c以u′＝c运动，相对于参考系A的速度则为：
c＋ncc（1＋n）u＝＝＝c
c·nc1＋n1＋2
c
由该式可知，狭义相对论的速度叠加公式对光速叠加也成立.
（多选）下列说法正确的是（ ）
1
A.在以c竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大
1 0001
B.在以c竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小
1 0001
C.在以c竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为c
1 0001
D.在以c竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c
1 000[思路点拨] 知道光速不变原理是解决本题的关键.
[解析] 根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：真空中的光速相对于火箭的速度为c，相对于地面的速度也为c，对不同的惯性系是相同的，因此C、D正确，A、B错误.
[答案] CD
本题易误选A、B.原因是按经典力学的相对性原理得出的，而这一结论是错误的，与狭义相对论中光速不变原理相矛盾.
时间的相对性
“同时”的相对性
(1)“同时”的相对性：“同时”具有相对性，即在同一惯性系中不同地点同时发生的两
个事件，在另一个惯性系中观察是不同时的，即同时是相对的.即两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关.
(2)同时相对性的理解：如图所示，列车以速度v匀速直线运动，车厢中央有一闪光灯发出光信号，光信号到车厢前壁B为事件1，到车厢后壁A为事件2；地面为S系，列车为S′系.
在S′系中的观察者认为：闪光灯发出的光信号以速度c分别向A、B传播，且传播距离相等，则同时照射到B、A上，即事件1、2同时发生.
在S系中的观察者认为：闪光灯发出的光信号也是以速度c分别向A、B传播，由于车厢向右运动了一段距离，故光到达B处比到达A处传播的距离大，因此光先照到A处，即事件1、2不是同时发生的.
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 C.C先被照亮
B.A先被照亮 D.无法判断
[解析] 以列车为参考系，塔A、B、C向左高速运动，列车中的观测者认为光从B→A的l
距离大于光从B→C的距离，由t＝知，光从B→C用时短，C先被照亮，故C项正确.
c
[答案] C
地面上A、B两个事件同时发生.如图所示，
对于坐在火箭中沿两个事件发生地点A、B连线飞行的人来说，哪个事件先发生？
解析：以地面为参考系，A、B两个事件同时发生，即如在A、B连线中点C放一时钟，将同时接收到来自A、B的信号.
设想该时钟以与火箭相同的速度飞行，则先接收到来自B的信号，后接收到来自A的信号，即以火箭（或火箭上的人）为参考系，B事件先发生.
答案：B事件先发生
两种时间观的比较
1.经典时空观
(1)在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中也是同时的. (2)在不同的惯性系中观察，一条杆的长度总是相同的.
(3)在不同的惯性系中，发生的某两个事件的时间间隔总是相同的.
即经典时空观认为：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间没有联系，即与物质的运动无关.
2.相对论时空观
(1)在同一惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察是不同时. (2)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，但在垂直于杆运动的方向上，杆的长度不变.
(3)某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是不同的，两个惯性系的相对速度越大，时间进行得越慢，非但如此，一切物理、化学过程和生命过程都变慢了.
即相对论时空观认为：空间和时间与物质运动状态有关.
（多选）下列关于经典力学的时空观和相对论时空观的说法正确的是（ ） A.相对论时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的
B.在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体的运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关
C.在相对论时空观中，空间距离是相对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离与参考系选取有关
D.经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动状态无关 [解析] 经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关，同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生的.相对论的时空观认为，时间、空间均是相对的，与物体的运动状态有关，同时也是相对的.
[答案] BCD
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