课件21张PPT。第六章 相对论1．牛顿力学中运动的相对性
2．狭义相对论的两个基本假设
牛顿力学中运动的相对性一样 时间 空间
√×√狭义相对论的两个基本假设一样 相同 √×√点击右图进入…Thank you for watching !
1．牛顿力学中运动的相对性
2．狭义相对论的两个基本假设
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.理解经典的相对性原理.
2.理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾．(难点)
3.理解狭义相对论的两个基本假设．(重点、难点)
知识点一| 牛顿力学中运动的相对性
1．伽利略相对性原理
在任何惯性参考系中，力学的规律都是一样的，都可以用牛顿定律来描述．
2．经典时空观
不论观测者和被观测的客观事物处于什么样的运动状态，对时间和空间的量度结果总是一样的，或者说，不论在哪一个参考系中观测，测量结果是不变的、绝对的，1 m就是1 m,1 s就是1 s，绝不会发生变化．
3．伽利略速度变换
在一节相对地面以速率u开行的车厢内，小丽相对于车厢以速率v′向前急跑时，她对地面的速率就是v＝u＋v′.
1．牛顿定律在惯性系中都成立． (√)
2．经典物理学认为，时间和空间是不能脱离物质而存在的． (×)
3．在经典物理学中时间和空间是绝对的． (√)
1．牛顿定律在任何参考系中都成立吗？
【提示】 不一定．在惯性系中都成立，在非惯性系中牛顿运动定律不成立．
2．牛顿运动定律适用条件是什么？
【提示】 宏观物体、低速运动和惯性参考系．
知识点二| 狭义相对论的两个基本假设
1．爱因斯坦相对性原理
对不同的惯性系，物理规律(包括力学的和电磁的)都是一样的．
2．光速不变原理
真空中的光速在任何惯性系中都是相同的．
1．一切客观真实的物理规律在任何惯性系中的表述形式应该完全相同． (√)
2．在不同的惯性系中，在不同的方向上，光的传播速度大小是不同的． (×)
3．静止或匀速直线运动的参考系是惯性系． (√)
伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同？
【提示】 伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的；狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的．
对“光速不变”原理的理解
1．“超光速”不存在
根据麦克斯韦的电磁场理论可以直接得到真空中电磁波的速度是光速c，那么此速度是相对于哪个参考系呢？如果它相对于参考系S是正确的，另外还有一个参考系S′，S′相对于S以速度v运动，若依据速度合成法则，光相对于S′的速度应是c－v，或者是c＋v，而不是c，若是c＋v，这不是就存在“超光速了”？事实上由相对论可知，光速为极限速度，是不变的，因此伽利略速度合成法则在这里是不适用的．
2．真空中光速不变
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这个假设是狭义相对论的基础．之所以称为假设，是因为它只是根据迈克尔孙等几个实验提出的，还没有数学的逻辑推理和推导．在大量的结论跟事实相符后，就成为狭义相对论原理．
1．关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是( )
A．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的
E．光速的大小与光源的运动和观察者的运动无关
【解析】 狭义相对论的基本假设有两个，分别是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，选项A、C正确．根据光速不变原理，E正确．
【答案】 ACE
2．一火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号．在火箭上测得光离开的速度是c，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时在地球上测得的光速是多少？根据狭义相对性原理，在地球上测得的光速是多少？
【解析】 根据过去熟悉的速度合成法则，光相对于地球的速度为v＝c－0.75c＝0.25c
根据狭义相对性原理，光速与光源、观察者之间的相对运动没有关系，故在地球上测得的光速仍为c.
【答案】 0.25c c
1．爱因斯坦提出的两条基本假设是相对论的基础，对同时的相对性等经典力学所无法解决的问题，应紧紧抓住两条基本假设这一关键点来解决．
2．真空中对不同的惯性参考系来说，光速都是相同的．
3．经典力学的结论是有一定局限性的，一般只适用于宏观物体的低速运动．
课时分层作业(二十)
(建议用时：45分钟)
[基础达标练]
1．下列说法中正确的是( )
A．研究铅球的运动，可以用牛顿定律和运动学公式
B．研究电子的运动可用牛顿定律和运动学公式
C．研究电子运动要用狭义相对性原理，研究铅球运动可用牛顿运动定律
D．研究铅球和电子的运动都要用牛顿运动定律
E．牛顿定律只能用来处理低速、宏观物体的运动
【解析】 以牛顿运动定律为基础的经典物理学处理低速、宏观物体的运动是相当完美的，但对于高速、微观的运动就无能为力了．显然，铅球的运动可以用牛顿定律来解决；电子的运动则不能用牛顿定律来解决，而要用狭义相对论原理来解决．故A、C正确，B、D错误．牛顿定律只适用于低速、宏观物体的运动，E正确．
【答案】 ACE
2．如果牛顿运动定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，则在参考系B中( )
A．牛顿运动定律也同样成立
B．牛顿运动定律不能成立
C．A和B两个参考系中，一切物理定律都是相同的
D．参考系B也是惯性参考系
E．力学规律在不同的惯性系中是不同的
【解析】 参考系A是惯性参考系，而参考系B相对于A做匀速直线运动，因而参考系B也是惯性参考系，D正确；根据狭义相对论原理知，在不同的惯性参考系中一切物理定律都是相同的，A、C正确，B、E错误．
【答案】 ACD
3．下列说法正确的是( )
A．物理基本规律在所有惯性系中都是等价的
B．在真空中，光的速度与光源的运动状态无关
C．在不同的惯性系中，在不同方向上光速大小不同
D．在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同
E．经典力学规律适用于高速运动的物体
【解析】 根据相对性原理知，物理规律在所有惯性系中都是等价的，A正确；根据光速不变原理知，B、D正确；根据迈克尔孙——莫雷实验结果，C错误；经典力学只适用于低速和宏观物体，E错误．
【答案】 ABD
4．在狭义相对论中，下列说法正确的是( )
A．所有惯性系中基本规律都是等价的
B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关
C．在不同惯性系中，光在真空中沿不同方向传播速度不相同
D．质量、长度、时间的测量结果不随物体与观察者的相对状态的改变而改变
E．时间与物体的运动状态有关
【解析】 根据相对论的观点：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的；且在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都相等；质量、长度、时间的测量结果会随物体与观察者的相对状态的改变而改变．故选项A、B正确．在狭义相对论中，时间与物体的运动状态有关，E正确．
【答案】 ABE
5．判断下面说法中正确的是( )
A．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向前发出的光，对地速度一定比c大
B．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向后发出的光，对地速度一定比c小
C．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上沿垂直于速度方向发出的光对地速度为c
D．“嫦娥三号”飞向月球的过程中从卫星上向任一方向发出的光对地速度都为c
E．“嫦娥三号”发出光的速度与其运动状态无关
【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卫星的速度为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、E正确，A、B错误．
【答案】 CDE
6．下列关于狭义相对性原理的说法中不正确的是( )
A．狭义相对性原理是指力学规律在一切参考系中都成立
B．狭义相对性原理是指一切物理规律在一切参考系中都成立
C．狭义相对性原理是指一切物理规律在所有惯性系中都成立
D．狭义相对性原理与伽利略相对性原理没有区别
E．相对性原理对一切自然规律都适用
【解析】 根据狭义相对性原理的内容，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．一定要注意它和伽利略相对性原理的区别，即狭义相对性原理中的“规律”是一切物理规律，而经典相对性原理中的“规律”只是指经典物理学的规律，范围要小许多．
【答案】 ABD
7．飞船在高空中以0.1c的速度向目标飞行，从飞船上向目标方向发射一个光信号，则在地面上的观察者看来，光信号的速度是1.1c吗？
【解析】 由经典力学的相对性原理可知，光信号相对地面的速度v＝c＋0.1c＝1.1c，但这一结论是错误的．根据狭义相对论的基本假设二，真空中的光速相对于飞船为c，相对于地面也为c，对不同惯性参考系是相同的．
【答案】 不是，在地面的观察者看来，光信号的速度为c，不是1.1c
[能力提升练]
8．根据经典力学的相对性原理，下列结论正确的是( )
A．任何力学规律在惯性系中都是相同的
B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同
C．在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否在匀速运动
D．在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在匀速运动
E．如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系
【解析】 经典力学的相对性原理是力学规律在任何惯性系中都是相同的，故A、C、E正确，B、D错误．
【答案】 ACE
9．设某人在以速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是( )
A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c
B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为c
C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c
D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c
E．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是0.5c
【解析】 根据狭义相对论的“光速不变原理”可知，真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，所以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.B、C、D正确．
【答案】 BCD
10．如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m＝5 kg的小球，正随车厢一起以20 m/s的速度匀速前进，现在给小球一个水平向前的F＝5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？
【解析】 对于车上的观察者：
小球的初速度v0＝0，加速度a＝＝1 m/s2
10 s时速度v1＝at＝10 m/s.
对于地上的观察者：
方法一：小球初速度v0＝20 m/s 加速度a＝＝1 m/s2.
10 s末速度v2＝v0＋at＝30 m/s.
方法二：根据速度合成法则
v2＝v1＋v0＝(10＋20) m/s＝30 m/s.
【答案】 10 m/s 30 m/s
11．如图所示，思考以下几个问题：(光速用c表示)
(1)若参考系O′相对于参考系O静止，人看到的光速应是多少？
(2)若参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？
(3)若参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？
【解析】 根据狭义相对论的光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．因此三种情况下，人观察到的光速都是c.
【答案】 (1)c (2)c (3)c
