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第十七 相對(duì)論簡(jiǎn)介

這一介紹高速物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相對(duì)論的時(shí)空觀。這的有兩個(gè)特點(diǎn)。 第一，我們平時(shí)接觸的都是低速運(yùn)動(dòng)，因此本很多結(jié)論與日常經(jīng)驗(yàn)不一致，難于接受。第二，相對(duì)論的全面闡述要用到較多的高等數(shù)學(xué)知識(shí)，所以這許多結(jié)論都是直接給出的。相對(duì)論內(nèi)容非常抽象，不易理解，但考綱對(duì)本要求不高，只要記住結(jié)論就行。

【要求】
1．了解相對(duì)論的幾個(gè)基本假設(shè)。
2．知道長(zhǎng)度、時(shí)間的相對(duì)性。
3．初步了解相對(duì)論速度、質(zhì)量變換公式。
4．了解愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系。
【知識(shí)再現(xiàn)】
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)參考系就叫做慣性系．相對(duì)于一個(gè)慣性系做 運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系．
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： 。
(2)光速不變?cè)�理�?。
3．相對(duì)論質(zhì)量
物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系
4．質(zhì)能方程：E＝mc2

知識(shí)點(diǎn)一狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)
1．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)性原理：在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的
3．光速不變?cè)�理：真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。
注意：光速與光的運(yùn)動(dòng)和觀察者無(wú)關(guān)。
4．對(duì)兩個(gè)基本原理的正確理解
①自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律。
②強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光或觀察者的運(yùn)動(dòng)，也不依賴于光的傳播方向。
③幾十年科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物理技術(shù)測(cè)量光速，結(jié)果都不違背光速不變?cè)�理�?br>【應(yīng)用1】下列說(shuō)法正確的是 （ ）
A．力學(xué)規(guī)律在任何參考系中都是相同的
B．在所有慣性系中物理規(guī)律都是相同的
C．在高速運(yùn)動(dòng)情況下，慣性系中的物理規(guī)律也不一定相同
D．牛頓運(yùn)動(dòng)定律在非慣性系中不變
導(dǎo)示:在所有的慣性參考系中，物理規(guī)律都是相同的，在非慣性參考系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再選用。故選B

知識(shí)點(diǎn)二時(shí)間和空間的相對(duì)性
1．“同時(shí)”的相對(duì)性：“同時(shí)”是相對(duì)的。在一個(gè)參考系中看“同時(shí)”的，在另一個(gè)參考系中卻可能“不同時(shí)”。
理解：由于光速不變，即光速在任何慣性系中都是相同的，那么當(dāng)另一個(gè)慣性系的速度能夠和光速相比時(shí)，同時(shí)性就是相對(duì)的。即在一個(gè)慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩事，在另一個(gè)慣性系中就不一定是同時(shí)發(fā)生的。
2．長(zhǎng)度的相對(duì)性：一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止時(shí)的長(zhǎng)度小。即

式中l(wèi)，是與桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人觀察到的桿長(zhǎng)，l0是與桿相對(duì)靜止的人觀察到的桿長(zhǎng)。
注意：①在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度沒有變化。
②這種長(zhǎng)度的變化是相對(duì)的，如果兩條平行的桿在沿自己的長(zhǎng)度方向上做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與他們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀察者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿縮短了。
3．時(shí)間間隔的相對(duì)性：從地面上觀察，高速運(yùn)動(dòng)的飛船上時(shí)間進(jìn)程變慢，飛船上的人則感覺地面上的時(shí)間進(jìn)程變慢。

式中 是與飛船相對(duì)靜止的觀察者測(cè)得的兩事的時(shí)間間隔， 是地面上觀察到的兩事的時(shí)間間隔。
4．相對(duì)論的時(shí)空觀：經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)而獨(dú)立存在的，是絕對(duì)的，二者之間沒有聯(lián)系；相對(duì)論則認(rèn)為時(shí)間和空間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，物質(zhì)、時(shí)間、空間是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一體。
理解：在速度較低的時(shí)候，長(zhǎng)度、時(shí)間是感覺不出變化的，所以容易理解為長(zhǎng)度、時(shí)間與物質(zhì)之間沒有什么關(guān)系，尤其是時(shí)間會(huì)認(rèn)為是流逝的均勻的坐標(biāo)。當(dāng)速度很大時(shí)，長(zhǎng)度和時(shí)間都跟著變化了，這時(shí)對(duì)宇宙的看法也必然要變化，長(zhǎng)度和時(shí)間與物質(zhì)是緊密相關(guān)的，長(zhǎng)度和時(shí)間是不能離開物質(zhì)而獨(dú)立存在的。長(zhǎng)度和時(shí)間隨著物質(zhì)存在的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化是更重要的理解。
【應(yīng)用2】在地面上有一長(zhǎng)l00m的跑道，運(yùn)動(dòng)員從起點(diǎn)跑到終點(diǎn)，用時(shí)l0s，現(xiàn)從以0.8C速度沿跑道向前飛行的飛船中觀察，跑道有多長(zhǎng)?
導(dǎo)示:由長(zhǎng)度的相對(duì)性可知：跑道長(zhǎng)

知識(shí)點(diǎn)三狹義相對(duì)論的其它結(jié)論
1．相對(duì)論速度變換公式： 。（式中v為高速火車相對(duì)地的速度，u′為車上的人相對(duì)于車的速度，u為車上的人相對(duì)地面的速度）。對(duì)于低速物體u′與v與光速相比很小時(shí)，根據(jù)公式u= 可知 <<c，這時(shí)u≈ ，這就是經(jīng)典物理學(xué)的速度合成法則。對(duì)于高速物體u′與v與光速相等時(shí)，即u′=c，不論v如何取值，在什么參考系中觀察，光速都是c。
注意：這一公式僅適用于u′與v在一直線上的情況，當(dāng)u′與v相反時(shí)，u′取負(fù)值。
2．相對(duì)論質(zhì)量： 。（式中m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m為物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量，由公式可以看出隨v的增加，物體的質(zhì)量隨之增大）。
3．質(zhì)能方程：E=mc2
設(shè)E為物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，E0為靜止時(shí)的能量，動(dòng)能為Ek，則Ek=E-E0
【應(yīng)用3】一電子的質(zhì)量m0=9.1×10-31kg，以0.99c的速度運(yùn)動(dòng)，則（1）電子的總動(dòng)能多大？
（2）電子的經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)能與相對(duì)論的動(dòng)能之比是多大？
導(dǎo)示：（1）由 ，且E=mc2
得E=5.8×10-13J
（2）經(jīng)典動(dòng)能Ek=m0(0.99c)2
相對(duì)論中電子的動(dòng)能Ek’=(m-m0)c2
兩者之比值為：Ek/Ek’=0.08

知識(shí)點(diǎn)四廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介
1．廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理：
①?gòu)V義相對(duì)性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。
②等效原理：一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。
2．廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論：
①物質(zhì)的引力使光線彎曲。
②引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別。

1．根據(jù)氣體吸收譜線的紅移現(xiàn)象推算，有的類星體遠(yuǎn)離我們的速度竟達(dá)光速c的80%，即每秒24萬(wàn)公里。下列結(jié)論正確的是 （ ）
A．在類星體上測(cè)得它發(fā)出的光的速度是(1+80％)c
B．在地球上接受到它發(fā)出的光的速度是(1-80％)c
C．在類星體上測(cè)得它發(fā)出的光的速度是c
D．在地球上上測(cè)得它發(fā)出的光的速度是c

2．如果你以接近于光速的速度朝一星體飛行，你是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺自己是在運(yùn)動(dòng)（ ）A．你的質(zhì)量在增加
B．你的心臟跳動(dòng)在慢下
C．你在變小
D．以上三種變化同時(shí)發(fā)生

3．一大船在平靜的大洋中勻速行駛，一個(gè)人在其密閉船艙內(nèi)向各個(gè)方向做立定跳遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)，并由止判斷船的航向，假設(shè)他每次做的功相等，下列正確的有（ ）
A．如果向東跳的最遠(yuǎn)，則船向東行駛
B．如果向東跳的最近，則船向東行駛
C．他向各個(gè)方向跳的一樣遠(yuǎn)，不能判斷行駛方向
D．他向各個(gè)方向跳的不一樣遠(yuǎn)，能判斷行駛方向

4．在地面上觀測(cè)一個(gè)物體，由于物體以一定速度運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)該物體質(zhì)量比靜止時(shí)的質(zhì)量增加了10%，求在地面上觀測(cè)時(shí)，此物體相對(duì)于靜止時(shí)的尺度在運(yùn)動(dòng)方向上縮短了百分之幾？
A．91％ B．10％ C．18％　 D．9.1％

5．一個(gè)以相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室 0.8c 速度運(yùn)動(dòng)的粒子，飛行了3m后衰變，該粒子存在了多少時(shí)間？與該粒子一起運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中測(cè)量這粒子衰變前存在了多長(zhǎng)時(shí)間？

答案：1.CD 2.D 3.C 4.D
5.1.25×10-8s 7.5×10-9s

本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://douzifanli.com/gaosan/35272.html

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