[体系构建]
[核心速填]
一、经典时空观
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．经典时空观：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，而与物质的运动无关．
3．伽利略速度变换公式：u＝v±u′.
二、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对的．
三、相对论时空观
1．同时的相对性．
2．长度的相对性：l＝l0.
3．时间间隔的相对性：Δt＝.
4．相对论时空观：空间和时间与物质运动状态有关．
四、狭义相对论的其它结论
1．相对论速度变换公式：u＝.
2．相对论质量：m＝.
3．质能方程：E＝mc2.
五、广义相对论
1．广义相对性原理：在任何参考系中，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．
相对论时空观
1．“同时”的相对性
在经典物理学中，如果两个事件在一个参考系中被认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的两个假设，同时是相对的．
2．“长度”的相对性
一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小．如果与杆相对静止的人认为杆长是l0，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间的关系为：l＝l0.
3．“时间间隔”的相对性
在相对事件发生地运动的参考系中观察，时间进程变慢，相对事件发生地静止的人认为两个事件时间间隔为Δτ，相对事件发生地以速度v运动的观察者测得的时间间隔为Δt，则两者之间关系为：Δt＝ .
【例1】 在6 000 m的高空大气层中产生了一个π介子，以速度u＝0.998c飞向地球，π介子在自身静止参照系中的寿命为τ0＝2×10－6 s，问在地球上的观察者和π介子静止参考系中的观察者看来，π介子能否到达地球？
[解析] 在地球参照系，根据时间间隔的相对性有：
Δt＝
地球上的观察者得到π介子的寿命为
Δt＝＝s＝3.16×10－5 s
飞行距离：d＝uΔt＝9 461 m＞6 000 m
所以π介子可以到达地球．
在π介子静止参照系，根据长度的相对性
l＝l0
则π介子到地球的距离为
l＝l0＝6 000× m＝379 m
需要时间t＝＝s
＝1.27×10－6s＜2×10－6s
所以π介子可以到达地球．
[答案] 可以到达
[一语通关]
经典时空观和相对论时空观的比较
绝对时空观
相对论时空观
实验基础
速度低且远小于光速
速度很大且接近光速
基本观点
时间和空间都是绝对的、没联系的，不受物质运动状态的影响．不同参考系中观察同一物理过程时间相同，观察同一物体的长度也相同.
时间和空间是相对的、有联系的，和物质的运动状态有关．不同参考系中观察同一物理过程时间可能不同，同一物体的长度可能不同.
物理意义
由于宏观物体的速度达不到光速，经典时空观仍有存在价值
相对论时空观更具普遍性，对研究微观粒子的运动有重要意义
辩证统一
当物体的速度较低时，相对论时空观与经典的时空观是一致的
1．某列长为100 m的火车若分别以v1＝30 m/s和v2＝2.7×108 m/s的速度做匀速直线运动，则对地面的观察者来说其长度分别缩短了多少？
[解析] l0＝100 m
当火车以v1＝30 m/s的速度运动时，
l1＝l0＝100× m
其长度缩短了
Δl1＝l0－l1＝0.5×10－12 m
当火车以v2＝2.7×108 m/s的速度运动时，
l2＝l0＝100× m＝43.6 m
其长度缩短了Δl2＝l0－l2＝56.4 m.
[答案] 0.5×10－12 m 56.4 m
狭义相对论的其他结论
1.相对论速度变换公式：u＝.
2．相对论质量：m＝ .
3．质能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2.
4．物体运动的动能
Ek＝E－E0＝mc2－m0c2＝－m0c2.
当v?c时，Ek＝m0v2.
【例2】 设想有一粒子以0.05c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．
[解析] 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＝0.05c.题中所给的电子速率是电子相对衰变粒子的速率，故u′＝0.80c.
根据分析，由速度变换公式可得电子相对S系的速度为u＝＝0.82c.
[答案] 0.82c
2．一电子(m0＝9.1×10－31 kg)以0.99c的速率运动．求：
(1)电子的总能量是多大？
(2)电子的经典力学的动能与相对论的动能之比是多大？
[解析] (1)根据相对论质量公式：
m＝＝ kg＝6.45×10－30 kg
电子总能量为E＝mc2＝6.45×10－30×(3×108)2 J
＝5.8×10－13 J.
(2)电子经典力学的动能为Ek＝m0v2
电子相对论的动能为Ek′＝mc2－m0c2
它们之比为：＝＝0.08.
[答案] (1)5.8×10－13J (2)0.08
课件31张PPT。第十五章 相对论简介章末复习课相同 物质 联系 惯性 物理 相对 物质运动状态相同等价相对论时空观狭义相对论的其他结论Thank you for watching !
