2020高中物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第1節(jié)、第2節(jié) 相對(duì)論的誕生 時(shí)間和空間的相對(duì)性學(xué)案 新人教版選修3-4

《2020高中物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第1節(jié)、第2節(jié) 相對(duì)論的誕生 時(shí)間和空間的相對(duì)性學(xué)案 新人教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020高中物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第1節(jié)、第2節(jié) 相對(duì)論的誕生 時(shí)間和空間的相對(duì)性學(xué)案 新人教版選修3-4（11頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第1節(jié)　相對(duì)論的誕生 第2節(jié)　時(shí)間和空間的相對(duì)性 1．知道經(jīng)典的相對(duì)性原理，知道狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和它的兩個(gè)基本假設(shè)。 2．知道狹義相對(duì)論的幾個(gè)主要結(jié)論，“同時(shí)”的相對(duì)性、長(zhǎng)度的相對(duì)性、時(shí)間間隔的相對(duì)性。 3．了解時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證，了解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的主要區(qū)別，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。 一、相對(duì)論的誕生 1．經(jīng)典的相對(duì)性原理 (1)慣性系：牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系。相對(duì)于一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系，也是慣性系。 (2)伽利略相對(duì)性原理：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。 2．狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) (1)狹義相對(duì)性原理：在不同的

2、慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。 (2)光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的。 二、時(shí)間和空間的相對(duì)性 1．“同時(shí)”的相對(duì)性 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀：在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“同時(shí)”具有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察不一定是同時(shí)的。 2．長(zhǎng)度的相對(duì)性 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀：一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“長(zhǎng)度”也具有相對(duì)性，一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小。設(shè)與桿相對(duì)靜止的

3、觀察者認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l0，與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l，則兩者之間的關(guān)系是：l＝l0。 3．時(shí)間間隔的相對(duì)性 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀：某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔總是相同的。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔是不同的。設(shè)Δτ表示相對(duì)事件發(fā)生地靜止的慣性系中觀測(cè)的時(shí)間間隔，Δt表示相對(duì)事件發(fā)生地以v高速運(yùn)動(dòng)的參考系中觀察同樣兩事件的時(shí)間間隔，則它們的關(guān)系是：Δt＝。 4．相對(duì)論的時(shí)空觀 (1)經(jīng)典時(shí)空觀：空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)存在的，是絕對(duì)的，空間和時(shí)間之間也是沒(méi)有聯(lián)系的。 (2)相對(duì)論時(shí)空觀：空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀

4、態(tài)有關(guān)。 判一判 (1)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系是慣性系。(　　) (2)由于在任何慣性系中力學(xué)規(guī)律都是相同的，因此，研究力學(xué)問(wèn)題時(shí)可以選擇任何慣性系。(　　) (3)在不同的慣性系中，光速是不相同的。(　　) (4)在一個(gè)慣性系內(nèi)進(jìn)行任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷它是否在相對(duì)另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√ 想一想 (1)如何判斷一個(gè)參考系是慣性參考系還是非慣性參考系？ 提示：可以做力學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)牛頓運(yùn)動(dòng)定律判斷所選參考系是否是慣性參考系。 (2)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢是不是因?yàn)闀r(shí)鐘的構(gòu)造因運(yùn)動(dòng)而發(fā)生了改變？ 提示：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢是在

5、兩個(gè)不同的慣性系中進(jìn)行時(shí)間比較的一種效應(yīng)，并非鐘的結(jié)構(gòu)因運(yùn)動(dòng)發(fā)生了改變。 課堂任務(wù)　相對(duì)論的誕生 1．經(jīng)典的相對(duì)性原理 (1)慣性系：如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系叫做慣性系，相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系。 (2)相對(duì)性原理的三種表述 ①表述一：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。 ②表述二：在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷這個(gè)慣性系是否相對(duì)于另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 ③表述三：任何慣性參考系都是平權(quán)的。 2．相對(duì)性原理與電磁規(guī)律 在經(jīng)典力學(xué)中如果某一慣性系相對(duì)另一慣性系的速度為v，在此慣性系中有一物體速度為光速

6、c，那么，此物體相對(duì)另一慣性系的速度是c＋v嗎？根據(jù)伽利略相對(duì)性原理答案是肯定的，但是這種答案被邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)否定了。邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)證明了光速是不變的。這和傳統(tǒng)的速度合成法則是矛盾的。 3．狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) (1)狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。 (2)光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都相同。 4．兩個(gè)相對(duì)性原理的區(qū)別 對(duì)于伽利略相對(duì)性原理來(lái)說(shuō)，參考系中的坐標(biāo)單位與參考系的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)；參考系中的時(shí)間與參考系的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。其速度合成規(guī)律應(yīng)滿足v＝v′＋u。v′是A慣性系相對(duì)另一個(gè)B慣性系的速度，u是物體相對(duì)A慣性系的速度，那么，物

7、體相對(duì)另一個(gè)B慣性系的速度為v＝v′＋u。以此類推，若u是光速c，則在A慣性系的光速相對(duì)于B慣性系的速度為v＝v′＋c，那么，光速是可以變大或變小的(在真空中)。 對(duì)于狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理來(lái)說(shuō)，力學(xué)規(guī)律對(duì)慣性系來(lái)說(shuō)都是相同的，但是光速是不變的。由于光速是不變的，造成了與經(jīng)典理論一些不同的結(jié)論。 例1　(多選)判斷下面說(shuō)法中正確的是(　　) A．“嫦娥三號(hào)”飛向月球的過(guò)程中從衛(wèi)星上向前發(fā)出的光，對(duì)地速度一定比c大 B．“嫦娥三號(hào)”飛向月球的過(guò)程中從衛(wèi)星上向后發(fā)出的光，對(duì)地速度一定比c小 C．“嫦娥三號(hào)”飛向月球的過(guò)程中從衛(wèi)星上沿垂直于速度方向發(fā)出的光對(duì)地速度為c D．“嫦娥三號(hào)

8、”飛向月球的過(guò)程中從衛(wèi)星上向任一方向發(fā)出的光對(duì)地速度都為c 真空中的光速有什么特點(diǎn)？ 提示：根據(jù)光速不變?cè)?，光速與參考系的選取無(wú)關(guān)。 [規(guī)范解答]　根據(jù)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)——光速不變?cè)砜芍赫婵罩械墓馑傧鄬?duì)于衛(wèi)星的速度為c，相對(duì)于地面的速度也為c，即對(duì)不同的慣性參考系光速是相同的，因此C、D正確，A、B錯(cuò)誤。 [完美答案]　CD 　如圖所示，光源與參考系O相對(duì)靜止，人相對(duì)參考系O′靜止，光源發(fā)出的光向右傳播。 (1)參考系O′相對(duì)于參考系O靜止時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？ (2)參考系O′相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？ (3)參考系O′相對(duì)于參

9、考系O以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速又是多少？ 答案　(1)c　(2)c　(3)c 解析　根據(jù)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。因此三種情況下，人觀察到的光速都是c。 課堂任務(wù)　時(shí)間和空間的相對(duì)性 一、時(shí)間和空間的相對(duì)性 1．“同時(shí)”的相對(duì)性 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀：同時(shí)是絕對(duì)的，即如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中被認(rèn)為是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中一定也被認(rèn)為是同時(shí)的。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：同時(shí)是相對(duì)的，即在一個(gè)慣性系中“同時(shí)”發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中可能是不同時(shí)的。 2．長(zhǎng)度的相對(duì)性 (1)經(jīng)典

10、的時(shí)空觀：一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否相對(duì)桿運(yùn)動(dòng)而不同。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“長(zhǎng)度”也具有相對(duì)性，一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止的長(zhǎng)度小，但在垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度沒(méi)有變化。 (3)相對(duì)論長(zhǎng)度公式：設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l0，與桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l，桿相對(duì)于觀察者的速度為v，則l、l0、v之間的關(guān)系為： l＝l0。 3．時(shí)間間隔的相對(duì)性 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀：兩個(gè)事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時(shí)間間隔總相同。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔是不同的，慣性系相對(duì)于觀察者的速度越大，慣性系中的

11、時(shí)間進(jìn)程進(jìn)行得越慢。非但如此，慣性系中的一切物理、化學(xué)和生命過(guò)程都變慢了。 (3)相對(duì)論時(shí)間間隔公式：設(shè)Δτ表示相對(duì)事件靜止的慣性系中觀測(cè)的時(shí)間間隔，Δt表示相對(duì)事件發(fā)生地以v高速運(yùn)動(dòng)的參考系中觀察同樣兩事件的時(shí)間間隔，則它們的關(guān)系是：Δt＝。因總有v＜c，所以Δt＞Δτ——?jiǎng)隅娮兟? 二、時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證及相對(duì)論的時(shí)空觀 1．時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證 時(shí)空相對(duì)性的最早證據(jù)跟宇宙線的觀測(cè)有關(guān)。原始宇宙線是來(lái)自太陽(yáng)和宇宙深處的高能粒子流，它與大氣作用，又產(chǎn)生多種粒子，叫做次級(jí)宇宙線。次級(jí)宇宙線中有一種粒子叫做μ子，壽命不長(zhǎng)，生成之后很快就衰變?yōu)閯e的粒子。 原始宇宙線在高至幾百千米、低至十幾千米

12、的高度都能與大氣中的粒子作用產(chǎn)生μ子，μ子的速度、壽命各不相同，因此在不同高度都能在宇宙線中觀測(cè)到μ子。根據(jù)牛頓力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)可以算出μ子的數(shù)量隨高度變化的情況，但是在地面附近實(shí)際觀測(cè)到的μ子的數(shù)量大于經(jīng)典理論做出的預(yù)言。這只能用狹義相對(duì)論做如下解釋。 在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量，μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0 μs，但宇宙線中的μ子以0.99c甚至更高的速度飛行，這種情況下再在地面上測(cè)量，它的平均壽命就遠(yuǎn)大于3.0 μs了。因此，在地面上觀察，它將飛行較長(zhǎng)的距離才會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌Ｗ?，因而可以接近地面? 如果觀察者與μ子一起運(yùn)動(dòng)，這個(gè)現(xiàn)象也好解釋。這位觀察者認(rèn)為μ子的平均壽命仍是3.0 μs，但是大

13、地正向他撲面而來(lái)，因此大氣層的厚度比地面上的測(cè)量值小得多，μ子在短短的壽命中可以達(dá)到更接近地面的位置。 1941年美國(guó)科學(xué)家羅西和霍爾做這項(xiàng)研究時(shí)，在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中μ子的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論的預(yù)言完全一致。 相對(duì)論的第一次宏觀驗(yàn)證是在1971年進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)在地面上將四只銫原子鐘調(diào)整同步，然后把它們分別放在兩架?chē)姎馐斤w機(jī)上做環(huán)球飛行，一架向東飛，另一架向西飛。兩架飛機(jī)各繞地球飛行一周后回到地面，與留在地面上的銫原子鐘進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論的理論預(yù)言符合得很好。 2．相對(duì)論的時(shí)空觀 相對(duì)論認(rèn)為空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。在一個(gè)確定的參考系中觀察，運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度(空間距離)和它

14、上面物理過(guò)程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 例2　一張宣傳畫(huà)是邊長(zhǎng)為5 m的正方形，一高速列車(chē)以2×108 m/s的速度接近此宣傳畫(huà)，在司機(jī)看來(lái)，這張宣傳畫(huà)是什么樣子？ (1)尺運(yùn)動(dòng)時(shí)沿任何方向其長(zhǎng)度都縮短嗎？ 提示：尺運(yùn)動(dòng)時(shí)沿其長(zhǎng)度方向縮短，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度不變。 (2)當(dāng)發(fā)生動(dòng)尺變短時(shí)如何計(jì)算其長(zhǎng)度？ 提示：由相對(duì)論長(zhǎng)度公式l＝l0求解。 [規(guī)范解答]　因?yàn)殚L(zhǎng)度收縮只發(fā)生在運(yùn)動(dòng)方向上，與運(yùn)動(dòng)方向垂直的方向上沒(méi)有這種效應(yīng)，故測(cè)得宣傳畫(huà)的高仍為5 m。設(shè)宣傳畫(huà)原長(zhǎng)l0＝5 m，在列車(chē)上沿運(yùn)動(dòng)方向觀測(cè)到其長(zhǎng)度為l。由動(dòng)尺縮短效應(yīng)有 l＝l0＝ m≈3.7 m。

15、 故在司機(jī)看來(lái)，宣傳畫(huà)為高5 m、長(zhǎng)3.7 m的長(zhǎng)方形，即沿列車(chē)運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度變小了。 [完美答案]　見(jiàn)規(guī)范解答 應(yīng)用相對(duì)論“效應(yīng)”解題的一般步驟 首先，應(yīng)該通過(guò)審題確定研究對(duì)象及研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度。 其次，明確求解的問(wèn)題，即明確求解靜止參考系中的觀察結(jié)果，還是運(yùn)動(dòng)參考系中的觀察結(jié)果。 最后，應(yīng)用“尺縮效應(yīng)公式”或“時(shí)間延緩效應(yīng)公式”進(jìn)行計(jì)算。 　π介子與質(zhì)子相碰可產(chǎn)生其他粒子。其中有一種K0粒子，它經(jīng)d＝0.1 m的距離便衰變成兩個(gè)具有相反電荷的π介子。若K0粒子的速率為v＝2.24×108 m/s，試求其固有壽命。 答案　3.0×10－10 s 解析　K0粒子的速

16、率已達(dá)v＝2.24×108 m/s，接近光速，應(yīng)該用相對(duì)論解題。在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的K0粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間間隔為t＝＝ s≈4.5×10－10 s 根據(jù)時(shí)間延緩效應(yīng)t＝ t0＝t＝4.5×10－10× s ＝3.0×10－10 s。 A組：合格性水平訓(xùn)練 1．(牛頓運(yùn)動(dòng)定律和狹義相對(duì)論的適用范圍)(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．研究鉛球的運(yùn)動(dòng)，可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 B．研究高速電子的運(yùn)動(dòng)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 C．研究高速電子運(yùn)動(dòng)要用狹義相對(duì)論，研究鉛球運(yùn)動(dòng)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律 D．研究鉛球和高速電子的運(yùn)動(dòng)都要用牛頓運(yùn)動(dòng)

17、定律 答案　AC 解析　以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典物理學(xué)處理低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)完美的，但對(duì)于高速、微觀的運(yùn)動(dòng)就無(wú)能為力了。顯然，鉛球的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解決，高速電子的運(yùn)動(dòng)則不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解決，而要用狹義相對(duì)論來(lái)解決，A、C正確，B、D錯(cuò)誤。 2．(慣性系和非慣性系)通常我們把地面和相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系看成慣性系，若以下列系統(tǒng)為參考系，則其中屬于非慣性系的有(　　) A．停在地面上的汽車(chē) B．繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船 C．在大海上勻速直線航行的輪船 D．以較大速度勻速直線運(yùn)動(dòng)的磁懸浮列車(chē) 答案　B 解析　繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船，相對(duì)地

18、球做的是變加速曲線運(yùn)動(dòng)，因而是非慣性系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律在非慣性系中不適用。 3．(長(zhǎng)度的相對(duì)性)如圖，假設(shè)一根10 m長(zhǎng)的梭鏢以接近光速的速度穿過(guò)一根10 m長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的。以下敘述中最好地描述了梭鏢穿過(guò)管子的情況的是(　　) A．梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B．管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來(lái) C．兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住梭鏢 D．所有這些都與觀察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān) 答案　D 解析　“尺縮”效應(yīng)公式l＝l0中的l和l0是具有相對(duì)性的，到底是管子收縮變短還是梭鏢收縮變短，要看觀察

19、者所處的參考系。如果你是在相對(duì)于管子靜止的參考系中觀察運(yùn)動(dòng)著的梭鏢，那么梭鏢看起來(lái)就比管子短，在某些位置梭鏢會(huì)完全處在管子內(nèi)部。然而當(dāng)你和梭鏢一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，你看到的管子就縮短了，所以在某些位置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子。設(shè)梭鏢相對(duì)管子的速度為v，如果你以速度相對(duì)管子運(yùn)動(dòng)，則你看到管子的速度為－，棱鏢的速度為，兩者縮短相同的量，因此在某個(gè)位置，管子恰遮住棱鏢。 4．(長(zhǎng)度的相對(duì)性)如圖所示，豎直墻上掛著一面時(shí)鐘，地面上靜止的觀察者A觀察到時(shí)鐘的面積為S，另一觀察者B以0.8倍光速沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，觀察到鐘的面積為S′。則S和S′的大小關(guān)系是(　　) A．S>S′ B．S＝S′ C．

20、S

21、A火箭上的人觀察結(jié)果正確的是(　　) A．火箭A上的時(shí)鐘走得最快 B．地面上的時(shí)鐘走得最快 C．火箭B上的時(shí)鐘走得最快 D．火箭B上的時(shí)鐘走得最慢 答案　A 解析　根據(jù)相對(duì)論理論可知，相對(duì)觀察者速度越小的時(shí)鐘走得越快，火箭A上的時(shí)鐘相對(duì)觀察者的速度最小，是零，選項(xiàng)A正確。 7．(綜合)(多選)有兩輛較長(zhǎng)的火車(chē)A和B，火車(chē)A靜止不動(dòng)，中央有一個(gè)光源，在某時(shí)刻發(fā)出一個(gè)閃光?；疖?chē)B以一較大的速度在平行于火車(chē)A的軌道上勻速運(yùn)動(dòng)，如圖所示。關(guān)于火車(chē)A和火車(chē)B上的觀察者觀察到的現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．火車(chē)A上的觀察者看到閃光先到達(dá)火車(chē)A的前壁 B．火車(chē)A上的觀察者看到閃光

22、同時(shí)到達(dá)火車(chē)A的前、后壁 C．火車(chē)B上的觀察者看到閃光不同時(shí)到達(dá)火車(chē)A的前、后壁 D．火車(chē)B上的觀察者看到閃光同時(shí)到達(dá)火車(chē)A的前、后壁 答案　BC 解析　由于火車(chē)A靜止，光源發(fā)出的光傳播到前、后壁的距離相同，所以火車(chē)A上的觀察者看到閃光同時(shí)到達(dá)火車(chē)A的前、后壁，A錯(cuò)誤，B正確；火車(chē)A相對(duì)B上的觀察者向右運(yùn)動(dòng)，閃光飛向兩壁的過(guò)程中，A車(chē)廂向右前進(jìn)了一段距離，所以光向右傳播的路程長(zhǎng)些，而光速不變，所以火車(chē)B上的觀察者看到閃光不同時(shí)到達(dá)火車(chē)A的前、后壁，D錯(cuò)誤，C正確。 8．(時(shí)間間隔的相對(duì)性)半人馬座α星是離太陽(yáng)系最近的恒星，它距地球約4.0×1016 m。設(shè)有一宇宙飛船自地球往返于半人

23、馬座α星之間。若宇宙飛船的速度為0.999c，按地球上的時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需多少時(shí)間？如以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算，往返一次的時(shí)間又為多少？ 答案　8.5年　0.4年 解析　以地球上的時(shí)鐘計(jì)算： Δt＝＝ s≈2.67×108 s≈8.5年； 若以飛船上的時(shí)鐘計(jì)算：因?yàn)棣＝， 所以得 Δt′＝Δt＝2.67×108× s ＝1.19×107 s≈0.4年。 B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練 9．(狹義相對(duì)論初步)(多選)用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變 B．在地面上的人看來(lái)，以10 km/

24、s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢，但是飛船中的航天員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的 C．在地面上的人看來(lái)，以10 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄 D．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度v?c時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”的效果可忽略不計(jì) 答案　BCD 解析　按照相對(duì)論的觀點(diǎn)，時(shí)間和空間都是相對(duì)的，A錯(cuò)誤；由Δt＝可知，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢了，但飛船中的鐘相對(duì)觀察者靜止，時(shí)鐘準(zhǔn)確，B正確；長(zhǎng)度收縮效應(yīng)只發(fā)生在運(yùn)動(dòng)方向上，由l＝l0可知，地面上的人看飛船沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度減小，C正確；當(dāng)v?c時(shí)，“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì)，D正確。 10．(狹義相對(duì)論初步)(多選)關(guān)于相對(duì)論的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(

25、　　) A．因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的，所以我們?cè)诓煌膮⒖枷抵杏^察到的時(shí)間進(jìn)程都是相同的 B．在一個(gè)確定的參考系中觀察，運(yùn)動(dòng)物體的空間距離和時(shí)間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān) C．同一力學(xué)規(guī)律在不同的慣性系中是相同的 D．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 E．真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的 答案　BCE 解析　根據(jù)狹義相對(duì)論的尺縮效應(yīng)和時(shí)間延緩效應(yīng)可知A錯(cuò)誤，B正確；由狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)可知C、E正確，D錯(cuò)誤。 11．(綜合)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(chē)沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光時(shí)，列車(chē)上的觀測(cè)者

26、測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(　　) A．同時(shí)被照亮 B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．無(wú)法判斷 答案　C 解析　列車(chē)上的觀測(cè)者以列車(chē)為參考系，鐵塔A、B、C向左高速運(yùn)動(dòng)，列車(chē)上的觀測(cè)者認(rèn)為光速不變，鐵塔A遠(yuǎn)離光線運(yùn)動(dòng)，鐵塔C向著光線運(yùn)動(dòng)，故鐵塔C先被照亮，故C正確。 12．(長(zhǎng)度的相對(duì)性)設(shè)想在未來(lái)人類實(shí)現(xiàn)了星際航行，將火箭發(fā)射到鄰近的恒星上去?；鸺鄬?duì)于日心——恒星坐標(biāo)系的速率為u＝0.8c，火箭中靜止放置長(zhǎng)度為1.0 m的桿，桿與火箭的航行方向平行，則在日心——恒星坐標(biāo)系中測(cè)得的桿長(zhǎng)為多少？ 答案　0.6 m 解析　由l＝l0可得 l＝1.0× m＝0.6 m。 13．(綜合)π＋介子是一種不穩(wěn)定粒子，平均壽命是2.6×10－8 s(在它自己的參考系中測(cè)得)。 (1)如果此粒子相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室以0.8c的速度運(yùn)動(dòng)，那么在實(shí)驗(yàn)室參考系中測(cè)量π＋介子壽命多長(zhǎng)？ (2)π＋介子在衰變前運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)距離？ 答案　(1)4.3×10－8 s　(2)10.32 m 解析　(1)Δτ是π＋介子在自己參考系中的壽命，在實(shí)驗(yàn)室參考系中的壽命為 Δt＝＝ s≈4.3×10－8 s。 (2)該粒子在衰變前運(yùn)動(dòng)的距離為 l＝0.8cΔt＝0.8×3×108×4.3×10－8 m＝10.32 m。 - 11 -