1、5.2 狹義相對論的基本原理 1.知道經(jīng)典的相對性原理，知道狹義相對論兩個基本假設(shè).2.知道狹義相對論的幾個主要結(jié)論。3.了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主要區(qū)別，體會相對論的 建立對人類認識世界的影響。 重點：對狹義相對論兩個基本假設(shè)的理解。難點：對狹義相對論中幾個結(jié)論公式的理解。 狹義相對論的基本原理1.狹義相對論的兩條公設(shè)相對性原理 在所有相互做勻速直線運動的慣性參考系中,物理規(guī)律都是相同的 光速不變原理 在所有相互做勻速直線運動的慣性參考系中,光在真空中的速度都是相等的 2.洛倫茲變換3.同時的相對性：從愛因斯坦的狹義相對論來看，不存在全宇宙普適的同時概念。也就是說，“同時”是_，跟觀察

2、者所選取的_有關(guān)。相對的參考系【想一想】為什么在日常生活中我們沒有觀察到愛因斯坦同時的相對性呢？ 提示：在實際生活中，運動速度遠小于光速，還不能分辨出不同時的時間差異。 經(jīng)典的相對性原理與狹義相對性原理【探究導(dǎo)引】通過以往物理知識的學(xué)習(xí)，選擇不同的參考系所觀察的結(jié)果是不同的，但它們所遵循的規(guī)律是相同的，觀察上面的圖片，思考以下問題：(1)什么是慣性參考系？(2)如何理解伽利略相對性原理？【要點整合】1.慣性系和非慣性系牛頓運動定律能夠成立的參考系，相對于這個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系。2.伽利略相對性原理力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的

3、，即任何慣性參考系都是平等的。3.相對性原理與電磁規(guī)律根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，真空中的光速在任何慣性系中都是一個常量，但是按照伽利略的相對性原理，在不同慣性系中的光速應(yīng)是各不相同的。邁克耳孫-莫雷實驗證明：不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是相同的。 【典例1】(2011江蘇高考)如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是( )A.同時被照亮 B.A先被照亮C.C先被照亮 D.無法判斷【思路點撥】解答本題時注意理解：關(guān)鍵點(1)狹義相對論的幾個結(jié)論。(2)光的反射以及折射

4、定律?！疽?guī)范解答】選C。列車上的觀察者看到的是由B出發(fā)后經(jīng)過A和C反射的光，由于列車在這段時間內(nèi)靠近C,而遠離A,所以C的反射光先到達列車上的觀察者，看到C先被照亮，故只有C正確?！咀兪接?xùn)練】下列屬于狹義相對論基本假設(shè)的是:在不同的慣性系中( )A.真空中光速不變B.時間間隔具有相對性C.物體的質(zhì)量不變D.物體的能量與質(zhì)量成正比【解析】選A.狹義相對論基本假設(shè):一是在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；二是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，即光速不變原理，由此可知A屬于狹義相對論基本假設(shè)，故A正確,B、C、D錯誤.【變式備選】下列說法正確的是( )A.在以 豎直方向升空的火箭

5、上向前發(fā)出的光，對地速度一定比c大B.在以 豎直方向升空的火箭上向后發(fā)出的光，對地速度一定比c小C.在以 豎直方向升空的火箭上沿水平方向發(fā)出的光,對地速度為cD.在以 豎直方向升空的火箭上向任一方向發(fā)出的光,對地速度都為c【解析】選C、D.根據(jù)狹義相對論的基本假設(shè)光速不變原理可知：真空中的光速相對于火箭的速度為c，相對于地面的速度也為c，對不同的慣性系是相同的，因此C、D正確，A、B錯誤。 對狹義相對論的兩條基本原理的正確認識【探究導(dǎo)引】牛頓運動定律能夠成立的參考系叫慣性參考系，相對一個慣性參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性參考系，請思考以下問題：(1)經(jīng)典力學(xué)認為時間和空間是什么關(guān)系

6、？(2)愛因斯坦認為時間和空間是什么關(guān)系？【要點整合】1.狹義相對論的相對性原理與經(jīng)典力學(xué)的相對性原理的區(qū)別：經(jīng)典力學(xué)的相對性原理是指力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。狹義相對論中的相對性原理是指一切客觀真實的物理規(guī)律在所有慣性系中都具有相同的形式，各個慣性系都是等價的，不存在特殊的絕對的慣性系。狹義相對論中的相對性原理不再局限于力學(xué)規(guī)律，但所涉及的參考系僅限于慣性系。2.光速不變原理邁克耳孫莫雷實驗的“零結(jié)果”說明了企圖通過電磁學(xué)或光學(xué)實驗測量地球相對“以太”的絕對運動是不可能的。不存在絕對的靜止的慣性系.在不同的慣性系中，在不同的方向上，光在真空中的傳播速度都是c。根據(jù)狹義相對論的速度疊加

7、公式 ，若參考系A(chǔ)靜止，參考系B相對參考系A(chǔ)以速度v=nc運動，光相對于參考系B以速度u=c運動，則光相對于參考系A(chǔ)的速度 ，因此狹義相對論的速度疊加原理對光速疊加也成立?！咎貏e提醒】狹義相對論認為：光速c是宇宙中的最大速度，實際物體無論怎樣加速都無法達到光速，其速度只能接近這一速度而絕對不能超過光速c?！镜淅?】一架超音速飛機的速度為v，飛機上的人以速度u沿著飛機前進的方向相對飛機運動，則人相對地面的速度u等于多少？如果人相對飛機的速度與飛機的前進方向相反，那么，人相對地面的速度u等于多少？【思路點撥】解決本題要牢牢記住相對論的速度疊加公式，理解公式中各物理量的準(zhǔn)確含義?！疽?guī)范解答】當(dāng)人相對

8、飛機沿飛機前進方向運動時，根據(jù)相對論中的速度疊加公式 得：人相對于地面的速度等于當(dāng)人相對于飛機的速度與飛機的前進方向相反時，公式中的u用-u來替代，可得人相對于地面的速度為答案：【總結(jié)提升】狹義相對論中，相對速度問題的解決方法(1)首先，準(zhǔn)確記憶速度疊加公式 ，深刻理解公式中各個物理量的含義。(2)其次，準(zhǔn)確選擇靜止參考系，規(guī)定出運動的正方向，確定兩個物體相對于靜止參考系的運動速度v和u。(3)最后，將速度v和u代入速度疊加公式，計算出相對速度u?！咀兪接?xùn)練】飛船A以0.8c的速度相對于地球向正東飛行，飛船B以0.6c的速度相對于地球向正西飛行。則飛船A相對于飛船B的速度為多少？【解析】取飛船

9、B為靜止參考系S系，地球為運動參考系S系，自西向東為x(x)軸的正方向，則飛船A對運動參考系S的速度向東，為正方向，大小u=0.8c，S系(地球)對S系(飛船B)的速度方向向東也為正，大小v=0.6c.由速度疊加公式可得，飛船A對飛船B的速度為 。答案：0.946c【變式備選】如圖所示，灰太狼乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的喜羊羊，喜羊羊的飛船速度為0.5c.灰太狼向喜羊羊發(fā)出一束激光進行攻擊，則喜羊羊會看到這束激光的速度為多少？【解析】根據(jù)光速不變原理，激光相對于兩個宇宙飛船的速度均等于光速c，即喜羊羊看到的激光束的速度為c。答案：c【溫馨提示】經(jīng)典力學(xué)認為，時間跟空間是

10、分離的，時間尺度和空間尺度跟物體運動無關(guān)，都是絕對的，即絕對時間和絕對空間，這部分題目在考試中有所涉及?！镜淅咳鐖D所示，在列車車廂的光滑水平面上有一質(zhì)量為m=5 kg的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進?，F(xiàn)在給小球一個水平向前的FT=5 N的拉力作用，求經(jīng)10 s時間，車廂里的觀察者和地面上的觀察者看到小球的速度分別是多少？考查內(nèi)容對經(jīng)典相對性原理的認識【思路點撥】解答本題應(yīng)明確以下兩點：關(guān)鍵點(1)在不同的慣性系中研究對象的速度可能不同。(2)分別在不同的慣性系中應(yīng)用牛頓第二定律和運動學(xué)公式求解小球的速度?！疽?guī)范解答】對車上的觀察者：小球的初速度為0，加速度 ,10 s末小球的速度v1=at=10 m/s。對地上的觀察者：小球的初速度v0=20 m/s，加速度仍為 ，10 s末小球的速度v2=v0+at=30 m/s。答案：10m/s 30 m/s區(qū)別經(jīng)典相對性和狹義相對論的技巧經(jīng)典物理學(xué)理論已經(jīng)不能很好地解決物理學(xué)中所遇到的新問題。狹義相對論的興起是由于實際的需要.判斷狹義相對論要明確以下兩點：(1)愛因斯坦相對性原理。(2)光速不變原理。【案例展示】關(guān)于狹義相對論的基本原理，下列說法正確的是( )A.光在真空中的速度與所選擇的參考系有關(guān)B.光速是個與參考系無關(guān)的常量 C.經(jīng)典的速度合成公式對電磁