第十五章 相对论复习 —2020-2021学年人教版高中物理选修3-4单元综合导学案Word版含答案
文档属性
| 名称 | 第十五章 相对论复习 —2020-2021学年人教版高中物理选修3-4单元综合导学案Word版含答案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 38.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-12 13:50:11 | ||
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文档简介
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选修3-4 第十五章相对论
知识点一、狭义相对论
狭义相对论的基本假设 狭义相对论时空观与经典时空观的区别 要求：Ⅰ
（1）相对论诞生的历史背景：19世纪末期，物理学体系 “明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”。其中一朵与 有关，另一朵与 有关。
（2）经典的相对性原理：
表述一：力学规律在任何惯性系中都是 的。这个论述叫做伽得略相对性原理。
表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 运动。
表述三：任何惯性参考系都是 的。
（3）相对性原理与电磁规律：伽利略的速度合成原理跟电磁波运动的速度产生了矛盾。为了解决这一问题，许多物理学家都通过实验和天文观测研究这个问题。1887年的迈克耳孙—莫雷实验是最著名的一个。但是这个实验观测到一个奇怪的结果： 。
（4）狭义相对论的两个基本假设：
狭义（爱因斯坦）相对性原理： 。
光速不变原理： 。
知识点诠释：
①答案：（1）黑体辐射；光的速度；（2）相同；匀速直线；平权；（3）光相对于观察者的速度都是一样的；（4）在不同的惯性参考系中，一切物理规律（包括力学的、电磁学的）都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
②伽利略速度变换公式：车厢相对地面速率为u，小丽相对车厢速率为v′，则小丽相对地面速率为v＝u+ v′（小丽与车厢同向）或v＝u- v′（小丽与车厢反向）。
知识点二、时间和空间的相对性
（1）“同时”的相对性：在经典牛顿力中，物体对于不同的惯性坐标系的时间坐标和空间坐标，满足伽利略变换。而在这组变换下，位置、速度、是相对的，空间长度、时间间隔、运动物体的加速度是绝对的或不变的。同时性也是不变的，即相对于某一惯性参考系的两个事件是否同时发生也是不变的，相对于某一惯性参考系同时发生的两个事件，相对于其他惯性参考系也必定是同时的，这就是牛顿的时空观中“同时”的绝对性。但“同时”的相对性指出：两个事件在一个惯性参考系中同时发生的，在其他惯性系中观测不再是同时的事件了，即“同时”不再是绝对的了，而是取决于观察者的运动状态。
（2）长度的相对性：相对于运动的物体（如杆或尺子），只有同时测量其两端坐标才能得出其长度，但由于同时的相对性，对两端坐标的测量存在着先后差别，在这期间物体运动了一段长度，所以测量出来的结果比“正确长度”变短了，只是在物体运动方向上长度收缩，长度收缩也是具有相对性的。“动尺缩短”也表明各个惯性参考系是平权的。即：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。
（3）时间间隔的相对性：“动钟变慢”是两个不同的惯性系进行时间比较的一种效应，也是具有相对性的，由于两个惯性参考系是平权的，其中的观察者都将发现对方的时钟变慢了。
（4）时空相对性的验证：
a.时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关；
b.相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的。
（5）相对论的时空观：经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间是没有联系的，相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关。
知识点三、狭义相对论的几个重要结论
（1）动尺变短（尺缩效应）
一条沿自身方向运动的杆，其长度比杆静止的长度小；
（2）动钟变慢 （不必记忆）；
（3）相对论速度变换公式（不必记忆）；
（4）相对论质量（不必记忆）；
（5）质能方程：E ＝ mc2 （必须记住）
知识点诠释：
①“动尺变短”，在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化。
②日常生活中的物体运动速度远远小于光速，所以我们很难观察到长度的相对性。而如果两条平行的、相同的杆在沿各自的长度方向做相对运动，分别与两杆一起运动的两位观察者都会认为对方的杆比自己的要短一些。
课堂练习：
1．（2017江苏高考）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有（AC ）
A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C．地球上的人观测到地球上的钟较快
D．地球上的人观测到地球上的钟较慢
2．（2016江苏高考）一艘太空飞船静止时的长度为30m，他以0．6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是（B ）
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
3．（2013江苏高考）如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________。
解：A、B相对静止，A、B相对于地面上的人是运动的，因此地面上的人测得的长度短，A测得的长度大于L。由于光速在任何惯性参考系中都不变，因此A测得的光信号的速度为c。
答案：大于 c(或光速)
4．（2011江苏高考）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（C ）
A．同时被照亮 B．A先被照亮
C．C先被照亮 D．无法判断
解析：列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮。故选C。
5．（2009江苏高考）如图所示，强强乘坐速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为（D ? ）
A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c
选修3-4 第十五章相对论
知识点一、狭义相对论
狭义相对论的基本假设 狭义相对论时空观与经典时空观的区别 要求：Ⅰ
（1）相对论诞生的历史背景：19世纪末期，物理学体系 “明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”。其中一朵与 有关，另一朵与 有关。
（2）经典的相对性原理：
表述一：力学规律在任何惯性系中都是 的。这个论述叫做伽得略相对性原理。
表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 运动。
表述三：任何惯性参考系都是 的。
（3）相对性原理与电磁规律：伽利略的速度合成原理跟电磁波运动的速度产生了矛盾。为了解决这一问题，许多物理学家都通过实验和天文观测研究这个问题。1887年的迈克耳孙—莫雷实验是最著名的一个。但是这个实验观测到一个奇怪的结果： 。
（4）狭义相对论的两个基本假设：
狭义（爱因斯坦）相对性原理： 。
光速不变原理： 。
知识点诠释：
①答案：（1）黑体辐射；光的速度；（2）相同；匀速直线；平权；（3）光相对于观察者的速度都是一样的；（4）在不同的惯性参考系中，一切物理规律（包括力学的、电磁学的）都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
②伽利略速度变换公式：车厢相对地面速率为u，小丽相对车厢速率为v′，则小丽相对地面速率为v＝u+ v′（小丽与车厢同向）或v＝u- v′（小丽与车厢反向）。
知识点二、时间和空间的相对性
（1）“同时”的相对性：在经典牛顿力中，物体对于不同的惯性坐标系的时间坐标和空间坐标，满足伽利略变换。而在这组变换下，位置、速度、是相对的，空间长度、时间间隔、运动物体的加速度是绝对的或不变的。同时性也是不变的，即相对于某一惯性参考系的两个事件是否同时发生也是不变的，相对于某一惯性参考系同时发生的两个事件，相对于其他惯性参考系也必定是同时的，这就是牛顿的时空观中“同时”的绝对性。但“同时”的相对性指出：两个事件在一个惯性参考系中同时发生的，在其他惯性系中观测不再是同时的事件了，即“同时”不再是绝对的了，而是取决于观察者的运动状态。
（2）长度的相对性：相对于运动的物体（如杆或尺子），只有同时测量其两端坐标才能得出其长度，但由于同时的相对性，对两端坐标的测量存在着先后差别，在这期间物体运动了一段长度，所以测量出来的结果比“正确长度”变短了，只是在物体运动方向上长度收缩，长度收缩也是具有相对性的。“动尺缩短”也表明各个惯性参考系是平权的。即：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。
（3）时间间隔的相对性：“动钟变慢”是两个不同的惯性系进行时间比较的一种效应，也是具有相对性的，由于两个惯性参考系是平权的，其中的观察者都将发现对方的时钟变慢了。
（4）时空相对性的验证：
a.时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关；
b.相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的。
（5）相对论的时空观：经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间是没有联系的，相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关。
知识点三、狭义相对论的几个重要结论
（1）动尺变短（尺缩效应）
一条沿自身方向运动的杆，其长度比杆静止的长度小；
（2）动钟变慢 （不必记忆）；
（3）相对论速度变换公式（不必记忆）；
（4）相对论质量（不必记忆）；
（5）质能方程：E ＝ mc2 （必须记住）
知识点诠释：
①“动尺变短”，在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化。
②日常生活中的物体运动速度远远小于光速，所以我们很难观察到长度的相对性。而如果两条平行的、相同的杆在沿各自的长度方向做相对运动，分别与两杆一起运动的两位观察者都会认为对方的杆比自己的要短一些。
课堂练习：
1．（2017江苏高考）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有（AC ）
A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C．地球上的人观测到地球上的钟较快
D．地球上的人观测到地球上的钟较慢
2．（2016江苏高考）一艘太空飞船静止时的长度为30m，他以0．6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是（B ）
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
3．（2013江苏高考）如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________。
解：A、B相对静止，A、B相对于地面上的人是运动的，因此地面上的人测得的长度短，A测得的长度大于L。由于光速在任何惯性参考系中都不变，因此A测得的光信号的速度为c。
答案：大于 c(或光速)
4．（2011江苏高考）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（C ）
A．同时被照亮 B．A先被照亮
C．C先被照亮 D．无法判断
解析：列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮。故选C。
5．（2009江苏高考）如图所示，强强乘坐速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为（D ? ）
A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c