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1、 第 6 章 第 1 节 牛顿眼中的世界+第 2 节 爱因斯坦眼中的世界 第 2 页 第 1 节 牛顿眼中的世界 第 2 节 爱因斯坦眼中的世界 牛 顿 眼 中 的 世 界 先填空 1经典力学的相对性原理 通过任何力学实验，都不可能发现惯性系是处于绝对静止状态，还是做匀速直线运动也就是说，不可能通过力学实验测得惯性系的绝对速度这表明，力学规律在任何惯性系中都是相同的这个结论称为经典力学的相对性原理 2绝对时空观 (1)在牛顿的世界里，力学规律之所以在任何惯性系中表达形式都相同，其根本原因是时间与空间不会随参考系不同而变化，也就是说时间和空间是绝对的，这就是绝对时空观 (2)绝对时间和绝对空间是
2、经典物理学的支柱 3寻找“以太”迈克尔孙实验 (1)19 世纪的科学家认为，波是振动在介质中的传播，光速 c 是以太介质振动的传播速度“以太”是绝对静止的，可看成是绝对静止的参考系，光在“以太”中朝各个方向的传播速度皆为 c. (2)物理学家们设计了多种检验“以太”存在的实验，其中最著名的是迈克尔孙莫雷实验 再判断 1牛顿定律在惯性系中都成立() 2经典物理学认为，时间和空间是不能脱离物质而存在的() 3迈克尔孙莫雷实验寻找“以太”取得了成功() 后思考 牛顿定律在任何参考系中都成立吗？ 【提示】 不一定 在惯性系中都成立， 在非惯性系中牛顿运动定律不成立 核心点击 第 3 页 1惯性系和非惯
3、性系：牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系 2经典力学相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的 3相对性原理与电磁规律：根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量，但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的迈克尔孙莫雷实验证明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的 1下列说法正确的是( ) A物理基本规律在所有惯性系中都是等价的 B在真空中，光的速度与光源的运动状态无关 C在不同的惯性系中，在不同方向上光速大小不同 D在所有惯性系中，光在真空中沿
4、任何方向传播的速度都相同 E经典力学规律适用于高速运动的物体 【解析】 根据相对性原理知，物理规律在所有惯性系中都是等价的，A 正确；根据光速不变原理知，B、D 正确；根据迈克尔孙莫雷实验结果，C 错误；经典力学只适用于低速和宏观物体，E 错误 【答案】 ABD 2.如图 6-1-1 所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为 m5 kg 的小球，正随车厢一起以 20 m/s 的速度匀速前进，现在给小球一个水平向前的 F5 N 的拉力作用，求经 10 s 时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？ 图 6-1-1 【导学号：78510068】 【解析】 对于车上的观察者： 小球
5、的初速度 v00，加速度 aFm1 m/s2 10 s 时速度 v1at10 m/s. 第 4 页 对于地上的观察者： 方法一：小球初速度 v020 m/s 加速度 aFm1 m/s2. 10 s 末速度 v2v0at30 m/s. 方法二：根据速度合成法则 v2v1v0(1020) m/s30 m/s. 【答案】 10 m/s 30 m/s 惯性系与非惯性系的区分 1牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系以匀速直线运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系 2牛顿运动定律不能成立的参考系称为非惯性系例如，我们坐在加速的车厢里时，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋，它们向后方加速运动，根据牛顿运动定
6、律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上却没有，也就是说牛顿运动定律不成立这里加速的车厢就是非惯性系 爱 因 斯 坦 眼 中 的 世 界 先填空 1狭义相对论的两条基本原理 (1)狭义相对性原理：物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式 (2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为 c，与光源的运动和观测者的运动无关 2狭义相对论中的时间与空间 (1)根据狭义相对论， “同时”不再具有绝对的意义， “同时”是相对的 运动的时钟会变慢，这就是时间延缓效应 (2)根据狭义相对论，长度与观察者的运动状态有关，运动的物体在运动方向上发生了收缩，这就是长度缩短效应 3相对论的速度叠加
7、第 5 页 (1)狭义相对论的速度叠加公式为 uuv1vuc2，由该公式可推知，光速在静止参考系和运动参考系中具有相同的数值 (2)在低速世界中，物体的运动可以用经典力学来描述，而在高速世界中，物体的运动必须用相对论来描述 再判断 1 一切客观真实的物理规律在任何惯性系中的表述形式应该完全相同 () 2在不同的惯性系中，在不同的方向上，光的传播速度大小是不同的() 3在高速世界中，运动的时钟会变慢，而在低速世界中这种效应可以忽略() 后思考 为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢？在什么情况下，相对论效应比较明显？ 【提示】 在平时生活中，物体运动的速度都非常小，与光速cc 以上
8、)时，相对论效应就明显表现出来了 核心点击 几个主要结论 相对事件发生地(或物体)静止的参考系中观察 相对事件发生地(或物体)运动的参考系中观察 “同时”的相对性 事件同时但不同地点发生 事件不同时发生 时间间隔的相对性 两个事件发生的时间间隔为 t 两事件发生的时间间隔变大 tt1v2c2 长度的相对性 杆的长度为 l0 若参考系沿杆的方向运动，观察到的杆的长度减小 ll01v2c2 3关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是( ) 第 6 页 【导学号：78510069】 A在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 B在不同的惯性参考系中，力学规律都一样，电磁规律不一样 C真空中的光
9、速在不同的惯性参考系中都是相同的 D真空中的光速在不同的惯性参考系中是有差别的 E光速的大小与光源的运动和观察者的运动无关 【解析】 狭义相对论的基本假设有两个， 分别是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理选项 A、C 正确根据光速不变原理，E 正确 【答案】 ACE 4 地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到 c， 则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？ 【解析】 c 时，由相对论长度公式 ll01vc2代入相应的数据解得：l100错误! km80 km. 【答案】 100 km 80 km 应用相对论“效应”解题的一般步骤 1应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度 2明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果 3应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算
