第十五章 相对论简介15.1相对论的诞生1．______________________________的参考系称为惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系时就是惯性系．________________________不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察到路边的树木、房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，这里加速的车厢就是非惯性系．2．经典相对性原理：________规律在任何____________中都是相同的．还可以表述为：在一个________________________内进行的任何力学实验都不能判断这个____________是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是________的．3．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，________________________都是相同的；(2)光速不变原理：__________的光速在________________________________中都是相同的．4．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是( )A．飞机为非惯性参考系B．飞机为惯性参考系C．灾民为非惯性参考系D．灾民为惯性参考系概念规律练知识点一 经典的相对性原理1．一辆匀速行驶的汽车车厢内，实验者是否可以不受场地的影响，来进行用单摆测重力加速度的实验？2．以下说法中正确的是( )A．经典物理中的速度合成公式在任何情况下都是适用的B．经典物理规律也适用于高速运动的物体C．力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的D．力学规律在任何惯性系里都是等价的知识点二 光速不变原理3．判断下面说法中正确的是( )A．在以c沿竖直方向升空的火箭上向前发出的光，对地速度一定比c大5B．在以c沿竖直方向升空的火箭上向后发出的光，对地速度一定比c小C．在以c沿竖直方向升空的火箭上沿水平方向发出的光对地速度为cD．在以c沿竖直方向升空的火箭上向任一方向发出的光对地速度都为c4．考虑以下几个问题：图1(1)如图1所示，参考系O′相对于参考系O静止时，人看到的光速应是多少？(2)参考系O相对于参考系O′以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？方法技巧练经典相对性原理的理解技巧5．在不同的惯性参考系中，物体的运动情况可能不同．例如在匀速行驶的车上看，座位上的人是静止的，在地面看，座位上的人是运动的；在匀速行驶的船上看，桅杆上掉下来的物体在做自由落体运动，在岸边看，物体在做平抛运动……它们在不同的惯性系中遵从的力学规律一样吗？也就是说，地面物体的运动要遵守牛顿运动定律，车上、船上的物体是否也要遵守牛顿运动定律呢？6.下列物体的运动服从经典力学规律的是( )A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船的运动C．物体运动的速率接近真空中的光速D．地球绕太阳的运动1．下列说法中正确的是( )A．17世纪末期，以经典力学、热力学与统计物理学、电磁场理论为主要内容的物理学形成了完整的科学体系B．1632年爱因斯坦发表了《关于两个世界体系的对话》5C．牛顿运动定律仅在惯性系中才能成立D．力学规律在任何惯性系中都是相同的，这个论述叫做伽利略相对性原理2．关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是( )A．适用于宏观物体B．适用于微观物体C．适用于高速运动的物体D．适用于低速运动的物体3．通常我们把地球和相对地面静止或匀速运动的参考系看成惯性系，若以下列系统为参考系，则其中属于非惯性系的有( )A．停在地面上的汽车B．绕地球做匀速圆周运动的飞船C．在大海上匀速直线航行的轮船D．以较大速度匀速运动的磁悬浮列车4．根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论( )A．力学规律在任何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．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动5．有下列几种说法：①所有惯性系对物理基本规律都是等价的；②在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关；③在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．关于上述说法( )A．只有①②是正确的B．只有①③是正确的C．只有②③是正确的D．三种说法都是正确的题号12345答案6.伽利略相对性原理是________________________________________________________________________．7．狭义相对论的两个基本假设是________________________________________；________________________________________________________________________________________________________________________________________________.8．火箭以0.50c的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号．火箭上测得光离开的速度是c.根据经典运动学，光到达地球时测得的速度是多少？根据狭义相对性原理呢？9．飞船在高空以c的速度向目标飞行，从飞船上向目标方向发射一个光信号，则在地面的观察者看光信号的速度是1.1c吗？510．如图2所示，爱因斯坦通过研究“磁体相对于导体回路运动时，导体回路就会感应出电流”这一现象，发现了经典物理学的什么破绽？图211．假若你坐在火车中，在车厢地板上有一光滑的小球．在某段时间内，球相对于你不滚动，则此时的火车能否看成是惯性参考系？若某段时间内，你发现球加速离你而去，则此时的火车能否看成是惯性参考系？第十五章 相对论简介第1节 相对论的诞生课前预习练1．牛顿运动定律能够成立 牛顿运动定律2．力学 惯性系 惯性参考系 惯性系 平权3．一切物理规律 真空中 不同的惯性参考系4．BD [物品投放后，仅受重力作用，飞行员看到物品是做初速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯性参考系，B对；而地面上的人员看到物品做初速度不为零的抛体运动，也符合牛顿运动定律，D也对．]课堂探究练1．可以进行用单摆测定重力加速度的实验解析 匀速行驶的汽车属于惯性系，所以他能够完成这个实验，且与地面上的结果无异．点评 (1)地球以及相对于地球做匀速直线运动的参考系为惯性系．(2)力学规律在任何惯性系中都是相同的．2．D [在所有惯性系中，一切物理规律都是等价的，故D正确，C错误；经典物理规律是狭义相对论在低速状态下的一个近似，所以经典物理规律只适用于低速运动的物体，而经典物理中的速度合成公式也只适用于低速情况，故A、B均错误．]3．CD [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火箭的速度为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正确，A、B错误．]54．(1)c (2)c (3)c解析 根据狭义相对论光速不变原理知，都应为c.点评 光速不变原理指的是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．5．都遵从相同的力学规律解析 根据狭义相对性原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．所以不管地面上的运动物体，还是车上的、船上的物体都遵从相同的力学规律．6．ABD [经典力学规律只适用于宏观低速物体的运动，所以A、B、D正确．当物体的速率接近真空中的光速时，就不适合用经典力学来解释了，C错误．]方法总结 理解经典相对性原理要抓住两点：(1)惯性参考系是指地球以及相对地球做匀速直线运动的参考系；(2)力学规律在任何惯性系中都相同，即同一物体相对于不同的惯性系，讨论其运动时，所采用的运动规律和速度合成法则是相同的．课后巩固练1．CD [由经典的相对性原理可知C、D正确．]2．AD [由经典力学的局限性可知A、D正确．]3．B [由惯性系和非惯性系的概念可知B正确．]4．AC [由伽利略相对性原理可知A、C正确．]5．D6．力学规律在任何惯性系中都是相同的，或者说，任何惯性参考系都是平权的．7．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．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．8．0.5c c解析 据经典运动学v＝0.5c，据狭义相对性原理：光速不变，到达地球时光速为c.9．不是，光信号相对地面的观察者速度仍然是c.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＋c＝1.1c，但这一结论是错误的．根据光速不变原理，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，这一判断已被迈克耳孙—莫雷实验所证实．方法总结 经典力学的结论具有一定的局限性，一般只适用于宏观物体的低速运动．10．见解析解析 爱因斯坦针对这一个实验分析，“从磁体看，肯定没有电场；可是从导体回路看，却肯定有电场．”于是，“电场的有无就成为相对的了，取决于所用坐标系的运动状态．”同一实验在不同参考系中居然有完全不同的解释，这违背了伽利略相对性原理，由此爱因斯坦发现困难在于“运动学的一些基本概念的任意性上”，促使他提出了狭义相对论．11．能 不能解析 当球不滚动时，符合牛顿运动定律，因此火车可看成惯性参考系．当球加速滚动时，由于球只受重力和支持力作用，所受合力为零，因此不符合牛顿运动定律，不能把火车看成惯性参考系．5
