第七次 狭义相对论基础
一、选择题：
1. 通常某惯性系中同时．．、异地．．
发生的两个事件，在其它惯性系中： [ ] A ．可能仍为同时，但不可能同地； B ．可能同时，也可能同地；
C ．不可能同时，可能同地；
D ．不可能同时，也不可能同地。
2. 在狭义相对论中，下列说法哪个是 错误．．
的？ [ ] A ．一切运动物体的速度都不可能大于真空中的光速；
B ．时间、长度、质量都是随观察者的相对运动而改变的；
C ．在某个惯性系中是同时同地的两个事件，则在所有其它惯性系中也一定是同时同地的事件；
D ．有一时钟，在一个与它相对运动的观察者看来，比一个与它相对静止的观察者看来要走的快一些。
3. 宇宙飞船相对于地面以速度v 作匀速直线飞行，在某一时刻，飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一光信号，经t ?（飞船上的钟）时间后，被尾部的接收器收到，由此可知飞船的固有长度： [ ]
A ．t c ?
B ．t v ?
C ．2)/(1c v t v -?
D ．2)/(1c v t
c -?
4. 一刚性直尺固定在K ′系中，它与X ′轴正向夹角ο45='α，在相对K ′系以速度u 沿X ′轴作匀速直线运动的K 系中，测得尺与X 轴正向夹角为： [ ]
A ．ο45>α
B ．ο45<α
C ．ο45=α
D ．若u 沿X 轴正向，则ο45>α；若u 沿X 轴负向，则ο45<α
5. 两个静质量均为0m 的粒子，分别以相同的速率v 、沿同一直线相向．．
运动，相碰后，合在一起成为一个粒子，则其质量为： [ ]
A ．02m
B ．20)/(12c v m -
C ．20)/(12c v m -
D ．20)
/(12c v m - 6. 在惯性系K 中测得某地发生两事件的时间间隔为4 s ，若在相对K 系作匀速直线运动的K ′系中测得两事件的时间间隔为5 s ，则K ′相对K 的运动速率是：[ ]
A ．4/5c
B ．5/c
C ．5/2c
D ．5/3c
7. 如图所示，在惯性系S 中测得刚性杆1、2的质量m ，长度L 完全相同。S ′是相对S 以速度u 运动的惯性系，则S ′中的测量者测得两杆的质量、 长度的相互关系分别为： [ ] A ．2 1 2 1 , L L m m <> B ．2 1 2 1 , L L m m >=
C ．2 1 2 1 , L L m m <=
D ．2 1 2 1 , L L m m ><
X ′
二、填空题：
1. 爱因斯坦突破了经典力学的绝对时空观，提出两个基本假设是： 原理和 原理，这两个基本原理是狭义相对论的出发点。
2. 从洛仑兹变换式中可以看出，在 情况下，洛仑兹变换式就变成了伽里略变换式，可见伽里略变换是洛仑兹变换的一个特例。从式中还可以看出，当 时，洛仑兹变换就失去了意义，所以相对论中指出了物体的运动速度不可能超过真空中的光速。
3. 观察者乙以5/4c 的速度相对静止的观察者甲运动，乙带一质量为m 、长为L 的棒，将该棒沿长度方向安放在运动方向上，则甲测得棒的线密度为 。频率为v 的光子的能量为____________，质量为_______________，动量为_____________，动能为__________。
5. +π介子的静止质量kg m 1049.2280-?=，固有寿命s 8010
6.2-?=τ，实验室测得+π介子 的速度5/3c v =，则其质量=m ，平均寿命=τ 。
三、计算题：
1. 在以c 8.0速度向北飞行的飞船中，观察地面上的百米比赛（跑道位于南北
方向上），若地面的记时员记录为s 10。
试计算：（1）飞船中记录的时间；
（2）船中测得百米跑道的长度；
（3）飞船中测得运动员跑过的路程。
2. 一隧道长为0L ，横截面高为h ，宽为ω0，一列车静止长度为0l ，当其以v 的
速度通过隧道时，
求：（1）列车上观测者测得隧道的长度。
（2）在列车上测，从其头部进入隧道到尾部离开隧道需要多少时间？
（3）在地面上测呢？
3. 子静止时平均寿命为s ，但宇宙线中的子有很多可以贯穿大气层。设子的速度为，大气层
厚为20km ，试进行简单计算予以说明。
4. 一个电子由静止出发，经过电势差为V 4100.1?的一个匀强电场，被加速。
已知电子的静止质量为kg m 3101011.9-?=。
求：（1）电子被加速后的动能是多少？
（2）电子被加速后的质量是多少？速率是多少？
答案
一、选择题：
⒈ D ⒉ D ⒊ A ⒋ A ⒌ D ⒍ D ⒎ C
二、填空题：
1．狭义相对论的相对性；光速不变。 2．c v << ； c v ≥ 。 3． L
m 9 25 4． νh ； 2c h ν； c h ν； νh 。 5．kg m 1011.34 5 280-?≈ ； s 1025.34
5 80-?=τ 。 三、计算题：
1．3
5 , 8.0 , 10 , 100=∴==?=?γc u s t m x
⑴ )( 7.16) 103 80
10 (3
5 )
( 82's c x u t t ≈?-=?-?=?γ
⑵ m c u L L 60 )
(1 20=-= （ 应同时测量两端的位置，不是下面的 'x ? ）
⑶ )( 100.4 ) 10104.2100 (3
5 ) ( 98'm t u x x ?-≈??-=?-?=?γ
m x S 100.4 9'?≈?=∴
2．⑴ ) (1 20c v L L -= ⑵ v l
c v L v l
L t
) (1 0 2
0 +-=+=?列车
⑶ v c v l L v l L
t
) (1 20 0 0 -+=+=?地面
3. 以地面为参考系，这时该子的寿命，它可以通过的距离为
4．⑴ )( 106.1100.1106.115419J V e E k --?=???=??=
⑵ k E E E +=0 即：k E c m mc +=202 ，
)( 102878.9)100.3( 10
6.11011.9 31
2815
312
0kg c E m m k ---?≈??+?=+=∴
0 m m =γ ，1947.0
11 2
02 2≈-=-=m
m m γβ ，
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 第六章 狭义相对论基础（2014） 一．选择题 1、（基础训练1）宇宙飞船相对于地面以速度v 作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过 t (飞船上的钟)时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船 的固有长度为( ).(c 表示真空中光速) (A) c ·t (B) v ·t (C) 2 / 1(v /)c t c ??-(D) 2 )/(1c t c v -??? 解答：[A]. 飞船的固有长度为飞船上的宇航员测得的长度，即为c ·t 。 2、（基础训练2）在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s ，若相对于甲作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5 s ，则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速) (A) (4/5) c ． (B) (3/5) c ． (C) (2/5) c ． (D) (1/5) c ． 解答：[B].
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 3、（基础训练3） K 系与K ＇系是坐标轴相互平行的两个惯性系，K ＇系相对于K 系沿Ox 轴正方向匀速运动．一根刚性尺静止在K ＇系中，与O'x'轴成 30°角．今在K 系中观测得该尺与Ox 轴成 45°角，则K ＇系相对于K 系的速度是： (A) (2/3)c ． (B) (1/3)c ． (C) (2/3)1/2c ． (D) (1/3)1/2 c ． 解答：[C]. K ＇系中：00'cos30;'sin30x y l l l l ??== K 系中：()2 'tan 45'1/1/3x x y y l l l l v c v ===?-=?= 4、（自测提高3）设某微观粒子的总能量是它的静止能量的K 倍， 则其运动速度的大小为 (以c 表示真空中的光速) (A) 1-K c ． (B) 2 1K K c -． (C) 12-K K c ． (D) )2(1 ++K K K c 解答：[C]. 1 11122 02 0-=?=-=? -= K K c v K c v E E c v E E )/()/(总能量：
作业6 狭义相对论基础 研究:惯性系中得物理规律;惯性系间物理规律得变换。 揭示:时间、空间与运动得关系. 知识点一:爱因斯坦相对性原理与光速不变 １。相对性原理:物理规律对所有惯性系都就是一样得,不存在任何一个特殊 (如“绝对静止”)惯性系。 2。光速不变原理:任何惯性系中,光在真空中得速率都相等。 ( A )1(基础训练1)、宇宙飞船相对于地面以速度v 作匀速直线飞行,某一时刻飞船头部得宇航员向飞船尾部发出一个光讯号,经过t (飞船上得钟)时间后,被尾部得接收器收到,则由此可知飞船得固有长度为(ｃ表示真空中光速) (A) ｃ·ｔ (Ｂ) ｖ·t (Ｃ) (Ｄ) 【解答】 飞船得固有长度为飞船上得宇航员测得得长度,即为c ·?t 。 知识点二:洛伦兹变换 由牛顿得绝对时空观?伽利略变换,由爱因斯坦相对论时空观?洛仑兹变换。 (１)在相对论中,时、空密切联系在一起(在x 得式子中含有ｔ,t 式中含x)。 (2)当u 〈< ｃ时,洛仑兹变换 ? 伽利略变换。 (3)若u ≥ c, x '式等将无意义 １(自测与提高5)、地面上得观察者测得两艘宇宙飞船相对于地面以速度 ｖ = ０、９0ｃ 逆向飞行.其中一艘飞船测得另一艘飞船速度得大小v ′=__、 【解答】 知识点三:时间膨胀 (1)固有时间:相对事件发生地静止得参照系中所观测得时间。 (2)运动时间:相对事件发生地运动得参照系中所观测得时间。 (Ｂ )1(基础训练2)、在某地发生两件事,静止位于该地得甲测得时间间隔为４ ｓ,若相对于甲作匀速 直线运动得乙测得时间间隔为5 s,则乙相对于甲得运动速度就是(c 表示真空中光速) (A) (4／5) c. (B) (3／5) ｃ. (Ｃ) (2/5) c 。 (D) (１／5) c 、 【解答】 () 222 002 4311551/t v t v c c c t v c ??????? ?= ?=-?=-= ? ? ???????? - 2(自测与提高12)、飞船以0。8c 得速度相对地球向正东飞行,飞船以０.６ｃ得速度相对地球向正西方 向飞行.当两飞船即将相遇时飞船在自己得天窗处相隔2s 发射两颗信号弹。在飞船得观测者测得两颗信号弹相隔得时间间隔为多少？ 【解答】 以地面为K 系,飞船A 为K ˊ系,以正东为ｘ轴正向;则飞船B 相对于飞船A 得相对速度 220.60.8 1.4 '0.9460.810.80.61(0.6) 1B A B A B v v c c v c c v c c v c c ----= ===-+?--- 知识点四:长度收缩 (1)固有长度:相对物体静止得参照系测得物体得长度。 (2)运动长度:棒运动时测得得它得长度。
基础知识 1．下列说法中正确的是( ) A电和磁在以太这种介质中传播 B相对不同的参考系，光的传播速度不同 C.牛顿定律仅在惯性系中才能成立 D.时间会因相对速度的不同而改变 2．爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的一场重大革命，他( ) A.否定了xx的力学原理 B.提示了时间、空间并非绝对不变的属性 C.认为时间和空间是绝对不变的 D.承认了“以太”是参与电磁波传播的重要介质 3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设： (1)爱因斯坦的相对性原理： _______________． (2)光速不变原理： ___________________． 4．下列哪些说法符合狭义相对论的假设( ) A在不同的惯性系中，一切力学规律都是相同的 B．在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的 C.在不同的惯性系中，真空中的光速都是相同的
D．在不同的惯性系中，真空中的光速都是不同的 5．在一惯性系中观测，两个事件同时不同地，则在其他惯性系中观测，它们( ) A．一定同时 B．可能同时 C.不可能同时，但可能同地 D．不可能同时，也不可能同地 6．假设有一列很长的火车沿平直轨道飞快匀速前进，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前后壁，根据狭义相对论原理，下列说法中正确的是( ) A地面上的人认为闪光是同时到达两壁的 B车厢里的人认为闪光是同时到达两壁的 C．地面上的人认为闪光先到达前壁 D．车厢里的人认为闪光先到达前壁 能力测试 7．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 8．下列说法中正确的是( ) A.相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题 B.在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c-v C在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c+v D．迈xx一xx实验得出的结果是： 不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的 9．地面上的 A、B两个事件同时发生，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线，从A 到B方向飞行的人来说哪个事件先发生( ) A．两个事件同时发生 B．A事件先发生 C．B事件先发生 D．无法判断 10．关于电磁波，下列说法正确的是( )
第五章 狭义相对论基础 §5.1伽利略相对性原理 经典力学的时空观 一.伽利略（牛顿力学）相对性原理 对力学规律而言，所有的惯性系都是等价的或在一个惯性系中，所作的任何理学实验都不能够确定这一惯性系本身是静止状态，还是匀速直线运动。 力学中不存在绝对静止的概念，不存在一个绝对静止优越的惯性系。 二.伽利略坐标变换式 经典力学时空观 设当O 与O '重合时0t t ='=作为记 时的起点 同一事件：K 系中)t ,z ,y ,x ( K '系中)t ,z ,y ,x ('''' 按经典观念：???????='='='-='t t z z y y vt x x 或???? ???' ='='=' +'=t t z z y y t v x x ??? ??'='=+'=?????='='-='?'='=z z y y x x z z y y x x u u u u v u u u u u u v u u t d dt ,t t 或Θ 所谓绝对时空： 1、时间：时间间隔的绝对性与同时的绝对性，即t t ,t t ='?='?。时间是与参照系无 关的不变量。 2、空间：若有一把尺子，两端坐标分别为 K 中：)t ,z ,y ,x (P ),t ,z ,y ,x (P 22221111
K '中：) t ,z ,y ,x (P ),t ,z ,y ,x (P 22221111''''''''' 有222222z y x r ,z y x r '?+'?+'?='??+?+?=? 由,t t =' 得r r '?=?，即：长度（空间间隔）是与参照系无关的不变量或长度（空间间 隔）的绝对性。 a a ρρ='即?????='='='z z y y x x a a a a a a 且认为m m ,F F ='='ρ ρ 因此：在K '中，有a m F ''='ρρ，得K 中a m F ρρ= 由牛顿的绝对时空以及“绝对质量”的概念，得到牛顿相对性原理。 总结：牛顿定律在所有惯性系都具有相同的表述形式，即牛顿定律在伽利略变换下是协变的，牛顿力学符合力学相对性原理。 §5.2狭义相对论基本原理与光速不变 一.引子：相对论主要是关于时空的理论 局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论，推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论。 牛顿力学的困难： 例子：○ 1打排球，发点球 ○2超新星爆发过程中光线传播引起的疑问，如“蟹状星云”有较为祥实的记载。“客 星”最初出现于公元1054年，历时23天，往后慢慢暗下来，直到1056年才隐没。 按牛顿观点： 1500v ?km.s -1 5000l ?光年 会持续25年，能看到超新星开始爆发时发出的强光，其实不然 ○ 3电动力学的例子
第六章狭义相对论基础 六、基础训练 一．选择题 2、在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s，若相对于甲作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5 s，则乙相对于甲的运动速度是(c表示真空中光速) (A) (4/5) c．(B) (3/5) c．(C) (2/5) c．(D) (1/5) c． 解答： [B]. 2 2 3 1 5 t v t v c c t ? ?? ?? ?=?=-?== ? ? ? ???? 3、K系与K＇系是坐标轴相互平行的两个惯性系，K＇系相对于K系沿Ox轴正方向匀速运动．一根刚性尺静止在K＇系中，与O'x'轴成30°角．今在K系中观测得该尺与Ox轴成45°角，则K＇系相对于K系的速度是： (A) (2/3)c．(B) (1/3)c．(C) (2/3)1/2c．(D) (1/3)1/2c． 解答：[C]. K＇系中： 00 'cos30;'sin30 x y l l l l ?? == K 系中： 21 ''1 3 x x y y v l l l l v c ?? ===?-=?= ? ?? 二．填空题 8、(1) 在速度= v____________情况下粒子的动量等于非相对论动量的两倍．(2) 在速度= v____________情况下粒子的动能等于它的静止能量． 解答： [ 2 c ； 2 ]. (1) 00 22 2 p mv m v m m v ==?==?= (2) 222 000 22 k E mc m c m c m m v =-=?==?=
三．计算题 10、两只飞船相向运动，它们相对地面的速率是v．在飞船A中有一边长为a的正方形，飞船A 沿正方形的一条边飞行，问飞船B中的观察者测得该图形的周长是多少？ 解答： 2 2222 2 222 ()22 ' ()1/ 1 '/224/() v v v vc u v v c c v v c u c C a ac c v β -- === -++ - ==+=+ ； 11、我国首个火星探测器“荧光一号”原计划于2009年10月6日至16日期间在位于哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射中心升空。此次“荧光一号”将飞行3.5×108km后进入火星轨道，预计用时将达到11个月。试估计“荧光一号”的平均速度是多少？假设飞行距离不变，若以后制造的“荧光九号”相对于地球的速度为v = 0.9c，按地球上的时钟计算要用多少时间？如以“荧光九号”上的时钟计算，所需时间又为多少？ 解答： 8 3.510 12.3(/) 1130243600 x v km s t ?? === ???? 8 83 3.510 1296() 0.9 3.01010 x t s v- ?? ?=== ??? 565() t s ?=?== 13、要使电子的速度从v1 =1.2×108 m/s增加到v2 =2.4×108 m/s必须对它做多少功？(电子静止质量m e＝9.11×10-31 kg) 解答： 22 12 ; E E == 214 21 4.7210() e A E E E m c J - =?=-==? 14、跨栏选手刘翔在地球上以12.88s时间跑完110m栏，在飞行速度为0.98c的同向飞行飞船中观察者观察，刘翔跑了多少时间？刘翔跑了多长距离？ 解答： 2121 110()12.88() x x x m t t t s ?=-=?=-=
六、基础训练 一．选择题 1、宇宙飞船相对于地面以速度v作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过?t(飞船上的钟)时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为( ).(c 表示真空中光速) (A) c·?t(B) v·?t(C) / c t?? (D) 2) / ( 1c t c v - ? ?? 解答：[A]. 飞船的固有长度为飞船上的宇航员测得的长度，即为c·?t。 2、在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s，若相对于甲作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5 s，则乙相对于甲的运动速度是(c表示真空中光速) (A) (4/5) c．(B) (3/5) c．(C) (2/5) c．(D) (1/5) c． 解答：[B]. 2 2 3 1 5 t v t v c c t ? ?? ?? ??=-?== ? ? ? ???? 3、K系与K＇系是坐标轴相互平行的两个惯性系，K＇系相对于K系沿Ox轴正方向匀速运动．一根刚性尺静止在K＇系中，与O'x'轴成30°角．今在K系中观测得该尺与Ox轴成45°角，则K＇系相对于K系的速度是： (A) (2/3)c．(B) (1/3)c．(C) (2/3)1/2c．(D) (1/3)1/2c． 解答：[C]. K＇系中： 00 'cos30;'sin30 x y l l l l ?? == K 系中：()2 'tan45'1/1/3 x x y y l l l l v c v ===?-=?= 二．填空题 7、一门宽为a．今有一固有长度为l0 (l0 > a )的水平细杆，在门外贴近门的平面内沿其长度方向匀速运动．若站在门外的观察者认为此杆的两端可同时被拉进此门，则该杆相对于门的运动速率u至少为_______． 解答：[]. 门外的观察者测得杆的长度'l l a u =≤?≥ 8、(1) 在速度= v____________情况下粒子的动量等于非相对论动量的两倍．(2) 在速度= v____________情况下粒子的动能等于它的静止能量． 解答：[ 2 ； 2 ]. (1) 00 22 p mv m v m m v ==?==?= (2)222 000 22 k E mc m c m c m m v =-=?==?=
第五章狭义相对论基础 内容： 1．经典力学的时空观；迈克耳逊–莫雷实验，长度收缩，时间延缓，同时的相对性，狭义相对论的时空观。质量与速度的关系；相对论动力学基本方程；相对论动量和能量。 2．狭义相对论的基本原理； 3．洛仑兹坐标变换式； 4．相对运动； 重点与难点： 1．经典力学的时空观 2．迈克耳逊–莫雷实验。 3．狭义相对论的基本原理； 3．质量与速度的关系； 4．相对论动量和能量。 5．相对论动力学基本方程 要求： 1．了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。 2．了解洛伦兹坐标变换。了解狭义相对论中同时的相对性以及长度收缩和时间延缓。了解 伽利略的绝对时空观和爱因斯坦狭义相对论的时空观及其二者的差异。 3．理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。 相对论包括狭义相对论和广义相对论两部分内容．狭义相对论提出了新的时空观，建立了物体高速运动所遵循的规律，揭示了时间和空间、质量和能量的内在联系．广义相对论提出了新的引力理论，开始了有关引力本质的探索．本章仅介绍狭义相对论的运动学以及相对论动力学的主要结论． §5-1 伽利略变换与力学相对性原理 为了理解相对论时空观的变革，首先回顾一下牛顿力学的时空观． 一、伽利略变换与绝对时空观 要描述某一个事件，应该说明事件发生的地点和时间．这就需要确定一个参考系，并在其中使用一定的尺和钟，用以确定事件发生的空间坐标和时间坐标，即用x、y、z来表示事件发生的空间位置，用t来表示事件发生的时刻． 设有分别固定在两个惯性参考系上的两个直角坐标系S和S'，如图5-1所示，相应的坐标轴相互平行，S'系相对于S系以恒定速度v沿x轴正方向运动．现在要讨论的问题是：如果在S系上的观测者测得某一事件P发生的位置和时刻分别为x、y、z和t，而在S'系上观测者测得同一事件P发生的位置和时刻分别为x'、y'、z'和t'，那么x、y、z、t 和x'、y'、z'、t'之间的关系如何呢？
第五章相对论 第一节狭义相对论的基本原理 基础知识 1．下列说法中正确的是( ) A电和磁在以太这种介质中传播 B相对不同的参考系，光的传播速度不同 C.牛顿定律仅在惯性系中才能成立 D.时间会因相对速度的不同而改变 2．爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的一场重大革命，他( ) A.否定了牛顿的力学原理 B.提示了时间、空间并非绝对不变的属性 C.认为时间和空间是绝对不变的 D.承认了“以太”是参与电磁波传播的重要介质 3．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设： (1)爱因斯坦的相对性原理：_____________________________． (2)光速不变原理：_____________________________________． 4．下列哪些说法符合狭义相对论的假设( ) A在不同的惯性系中，一切力学规律都是相同的 B．在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的 C.在不同的惯性系中，真空中的光速都是相同的 D．在不同的惯性系中，真空中的光速都是不同的 5．在一惯性系中观测，两个事件同时不同地，则在其他惯性系中观测，它们( ) A．一定同时 B．可能同时 C.不可能同时，但可能同地 D．不可能同时，也不可能同地 6．假设有一列很长的火车沿平直轨道飞快匀速前进，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前后壁，根据狭义相对论原理，下列说法中正确的是( ) A地面上的人认为闪光是同时到达两壁的 B车厢里的人认为闪光是同时到达两壁的 C．地面上的人认为闪光先到达前壁 D．车厢里的人认为闪光先到达前壁 能力测试 7．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 8．下列说法中正确的是( ) A.相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题 B.在真空中，若物体以速度v背离光源运动，则光相对物体的速度为c-v C在真空中，若光源向着观察者以速度v运动，则光相对于观察者的速度为c+v D．迈克耳逊一莫雷实验得出的结果是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的 9．地面上的A、B两个事件同时发生，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线，从A到B方向飞行的人来说哪个事件先发生( ) A．两个事件同时发生 B．A事件先发生 C．B事件先发生 D．无法判断 10．关于电磁波，下列说法正确的是( ) A.电磁波与机械波一样有衍射、干涉现象，所以它们没有本质的区别 B.在一个与光速方向相对运动速度为u的参考系中，电磁波的传播速度为c+u或c-u C电磁场是独立的实体，不依附在任何载体中 D．伽利略相对性原理包括电磁规律和一切其他物理规律 11．一列火车以速度v相对地面运动，如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁(如图5-1-1)．那么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁?火车上的人怎样解释自己的测量结果? 12．如图5-1-2所示，在地面上M点，固定一光源，在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问 (1)在地面参考系中观察，谁先接收到光信号?
九年级下册2.7近代科学与文化 提升检测 1.牛顿是近代自然科学的奠基人之一。他的主要贡献是（） A.发现万有引力定律 B.提出进化论 C.创立相对论 D.发现了镭 2.按宗教神学的观点，“上帝创造万物”。以下哪部科学著作的发表打破了这一神学观点（） A.《自然哲学的数学原理》 B.《物种起源》 C.《不列颠百科全书》 D.《天体运行论》 3.这部作品充分展示了19世纪上半叶法国的种种社会现象，塑造出许多令人印象深刻的人物形象。它是（） A.《罗密欧与朱丽叶》 B.《人间喜剧》 C.《战争与和平》 D.《哈姆雷特》 4.他的作品反映了在社会转型时期俄国农民既想反抗又找不到出路的状态，他被称为“俄国革命的镜子”。此人是（） A.列夫·托尔斯泰 B.斯大林 C.贝多芬 D.伏尔泰 5.一部《英雄交响曲》，把一个曾叱咤欧洲政坛几十年的风云人物和一个欧洲最伟大的音乐家连在了一起。这两个人物是（） A.马克思和恩格斯 B.拿破仑和贝多芬 C.达尔文和梵高 D.牛顿和爱因斯坦 6.下图是一位画家的代表作品，该作品表达了画家对生命的赞美和对美好生活的向往。你知道他是谁吗（） A.达·芬奇 B.梵高 C.莫奈 D.毕加索 7.科学家拉格朗日把17世纪的《自然哲学的数学原理》誉为“人类心灵的最高产物”，并说：“因为宇宙只有一个，而在世界历史上也只有一个人能做它的定律的解释者。”拉格朗日所褒誉的这个人是（） A.伽利略 B.牛顿 C.达尔文 D.爱因斯坦 8.“人类是由一种古猿进化而来的。”这一论断的科学依据是（） A.哥白尼的“太阳中心说” B.牛顿的万有引力定律 C.达尔文的生物进化论 D.伏尔泰的天赋人权思想 9.贝多芬应法国驻维也纳大使的邀请为拿破仑所写的，也是他第一部明确反映重大社会题材
狭义相对论基础 学 号 姓 名 一.选择题： 1.（本题3分）4359 (1). 对某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件，对于相对于该惯性系作匀速直线运动的其它惯生系中的观察者来说，它们是否同时发生？ (2)在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，它们在其它惯性系中是否同时发生？ 关于上述两个问题的正确答案是： [A] (A)（1）同时， （2）不同时； (B)（1）不同时， （2） 同时； （C ）（1）同时， （2） 同时； （D ）（1）不同时， （2） 不同时； 2.（本题3分）4352 一火箭的固有长度为L ，相对于地面作匀速直线运动的速度为v 1，火箭上有一个人从火箭的后端向火箭前端上的靶子发射一颗相对于火箭的速度为v 2的子弹，在火箭上测得子弹从射出到击中靶的时间间隔是： [B] （A ） 2 1v v L + （B ） 2 v L （C ） 2 1v v L - （D ） 2 11) /(1c v v L - 3.(本题3分)4351 宇宙飞船相对于地面以速度v 作匀速直线运动，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过?t （飞船上的钟）时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为 [A ] （A ）t c ?? (B) t v ?? (C) 2 )/(1c v t c -??? (D) 2 ) /(1c v t c -?? 4.(本题3分)5355 边长为a 的正方形薄板静止于惯性系K 的XOY 平面内，且两边分别与X 、Y 轴平行，今有惯性系K ˊ以0.8c （c 为真空中光速）的速度相对于K 系沿X 轴作匀速直线运动，则从K '系测得薄板的面积为： [ B ] （A ）a 2 （B ）0.6a 2 （C ）0.8a 2 （D ）a 2 /0.6 5．（本题3分）4356 一宇航员要到离地球为5光年的星球去旅行，如果宇航员希望把这路程缩短为3光年，则他所乘的火箭相对于地球的速度应是： [C] （A ）（1/2）c （B ）（3/5）c （C ）（4/5）c （A ）（9/10）c 6．（本题3分）5614
狭义相对论基础习题解答 一 选择题 1. 判断下面几种说法是否正确 ( ) (1) 所有惯性系对物理定律都是等价的。 (2) 在真空中，光速与光的频率和光源的运动无关。 (3) 在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同。 A. 只有 (1) (2) 正确 B. 只有 (1) (3) 正确 C. 只有 (2) (3) 正确 D. 三种说法都正确 解：答案选D 。 2. (1)对某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件，对于相对该惯性系作匀速直线运动的其它惯性系中的观察者来说，它们是否同时发生？ (2)在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，它们在其它惯性系中是否同时发生？ 关于上述两个问题的正确答案是：( ) A. (1) 同时， (2) 不同时 B. (1) 不同时， (2) 同时 C. (1) 同时， (2) 同时 D. (1) 不同时， (2) 不同时 解：答案选A 。 3．在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的？( ) （1） 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速. （2） 质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变 （3） 在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的. （4） 惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些。 A. (1)，(3)，(4) B. (1)，(2)，(4) C. (1)，(2)，(3) D. (2)，(3)，(4) 解：同时是相对的。 答案选B 。 4. 一宇宙飞船相对地球以0.8c 的速度飞行，一光脉冲从船尾传到船头。飞船上的观察者测得飞船长为90m ，地球上的观察者测得光脉冲从船尾发出和到达船头两个事件的空间间隔为 ( ) A. 90m B. 54m C. 270m D. 150m 解： ?x ′=90m, u =0.8 c , 87 90/(310)310s t -'?=?=?
练习一 运动的描述 （一） 1．（D ） 2.（D ） 3．217,5s m s m 4．m m π5, 10 5．（1）s m t x V 5.0-=??= （2）()s m v t t dt dx v 62,692-=-== （3） ()()()()质点反向运动 时，,05.125.25.1215.1===?-?+?-?=v s t m S 6．答：矢径是从坐标原点至质点所在位置的有向线段。 位移是由前一时刻质点所在位置引向后一时刻质点所在位置的有向线段， 它们的一般关系为 r r r ρρρ-=? 若把坐标原点选在质点的初始位置，则00=r ρ ，任意时刻质点对此位置的 位移为r r ρ ρ =?，即此时r ρ 既是矢径也是位移。 练习二 运动的描述 （一） 1． ()()s m t t s rad t t 612, 34223-- 2．（c ） 3．三 ， 三至六 4．s m s m s m 20, 3103.17= 5． 10 32, 224, 43 2 10 2 +===∴===?? ??t x dt t dx t v tdt dv t dt dv a t x v t 6．根据已知条件确定常量K 2 22224,4, 4Rt R v t s d ra Rt v t k ======ωωω
2 2 22 2 228.3532168841s m a a a s m R v a s m Rt dt v d a s m Rt v s t n n =+=========ττ时， 练习三 运动定律与力学中的守恒定律（一） 1．（D ） 2. （C ） 3． 4．θ2cos 1 5．因绳子质量不计，所以环受到的摩擦力在数值上等于张力T ，设2m 对地 加速度为/ 2a ，取向上为正；1m 对地加速度为1a （亦即绳子的加速度）向下 ?????-==-=-21/2 /2221 11a a a a m g m T a m T g m ()()()2 12 121/22 1212212 22112m m a m g m m a m m m m a g T m m a m g m m a +--= +-= ++-= 解得： 6．(1)子弹进入沙土后受力为－kv,由牛顿定律有
第13讲：狭义相对论——应用 内容：§18－4，§18－5 1．狭义相对论的时空观（50分钟） 2．光的多普勒效应 3．狭义相对论动力学的几个结论（50分钟） 4．广义相对论简介 要求： 1．理解狭义相对论的时空观，包括同时性的相对性、长度的收缩与时 间的延缓 2．了解光的多普勒效应。 3．掌握狭义相对论动力学的几个结论，明确当物体运动速度V〈〈C时，相对论力学过渡到牛顿力学，牛顿力学仅适用于低速动动的物体。 4．了解广义相对论的意义。 重点与难点： 1．狭义相对论时空观的理解。 2．狭义相对论动力学的主要结论。 作业： 问题：P213：7，8，9，11 习题：P214：11，12，13，14 复习： ●伽俐略变换式牛顿的绝对时空观 ●迈克尔逊－莫雷实验 ●狭义相对论的基本原理
2 1111β -=，2 2221β -= 2 121β-= 21β -= 2 1β -'21β-'l 观察者与被测物体有相对运动时，长度的测量值等于其原长的21β-倍，即相对观察运动，则在运动方向上缩短，只有原长的21β-倍；??+2v ??+2v
()t t t t t t '?='-'=-=?γγ21/β-
，x x 1=，空间间隔为x x 1='() () 112 122 1212c v c v -= -=(() 2 21c v c --=(() (1222 c c v c =-=()c x x 342 12 12 12=???-??'-'-1033?=?=8103999.0??= =v ()2 1c v t -' ()22 999.011-?=-c v t 23c
相对论简介 编稿：张金虎审稿：XXX 【学习目标】 1．理解经典的相对性原理． 2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾． 3．理解狭义相对论的两个基本假设． 4．理解同时的相对性． 5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性． 6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的 7．知道相对论的速度叠加公式． 8．知道相对论质量． 9．知道爱因斯坦质能方程． 10．知道广义相对性原理和等效原理． 11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证． 【要点梳理】 【高清课堂：相对论简介】 要点一、相对论的诞生 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律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． 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系． 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的． 这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的． 3．麦克尔逊—莫雷实验 （1）实验装置，如图所示． （2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动． （3）实验原理： 如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明
作业 6狭义相对论基础 研究:惯性系中得物理规律;惯性系间物理规律得变换。 揭示:时间、空间与运动得关系. 知识点一:爱因斯坦相对性原理与光速不变 K 相对性原理:物理规律对所有惯性系都就是一样得,不存在任何一个特殊(如“绝对静止”)惯性系。 2s 光速不变原理:任何惯性系中,光在真空中得速率都相等。 (A )1(基础训练1)、宇宙飞船相对于地面以速度v 作匀速直线飞行,某一时刻飞船头部得宇航员 向飞船尾部发出一个光讯号，经过K 飞船上得钟)时间后，被尾部得接收器收到,则由此可知飞船得固 有长度为(c 表示真空中光速) (A) c ?t (B) V/ (C) (D) 【解答】 飞船得固有长度为飞船上得宇航员测得得长度，即为° 知识点二:洛伦兹变换 由牛顿得绝对时空观=> 伽利略变换，由爱因斯坦相对论时空观=> 洛仑兹变换。 (1) 在相对论中，时、空密切联系在一起(在X 得式子中含有t,t 式中含X)。 (2) 当u ? c 时，洛仑兹变换=> 伽利略变换。 (3) 若UAC , P 式等将无意义 1(自测与提髙5)、地而上得观察者测得两艘宇宙飞船相对于地而以速度v = 0. 90c 逆向飞行.其中一 艘飞船测得另一艘飞船速度得大小 【解答】 知识点三:时间膨胀 (1) 固有时间:相对事件发生地静止得参照系中所观测得时间。 (2) 运动时间:相对事件发生地运动得参照系中所观测得时间。 (B )1 (基础训练2)、在某地发生两件事,静止位于该地得甲测得时间间隔为4 s,若相对于甲作匀速直线 运动得乙测得时间间隔为5 s,则乙相对于甲得运动速度就是(c 表示真空中光速) (A) (4/5) c. (B) (3/5) c ? (C) (2/5) c ? (D) ("5)c. 【解答】 飞行?当两飞船即将相遇时飞船在自己得天窗处相隔2s 发射两颗信号弹?在飞船得观测者测得两颗信 号弹相隔得时间间隔为多少？ ° 【解答】 以地而为K 系，飞船A 为/T 系，以正东为x 轴正向侧飞船B 相对于飞船A 得相对速度 -0.6c-0.8c 0.8c 1一一^（一0?6。） c" 知识点四:长度收缩 (1) 固有长度:相对物体静止得参照系测得物体得长度。 (2) 运动长度:棒运动时测得得它得长度。 ---- : -- c = — 0.946c 2(自测与提髙12)、飞船以0、8c 得速度相对地球向正东飞行，飞船以0. 6c 得速度相对地球向正西方向 二耳7人
第3章 狭义相对论 一、选择题 1(B)，2(C)，3(C)，4(C)，5(B)，6(D)，7(C)，8(D)，9(D)，10(C) 二、填空题 (1). c (2). 4.33×10-8s (3). x /v , 2)/(1)/(c x v v -? (4). c (5). 0.99c (6). 0.99c (7). 8.89×10-8 s (8). c 32 1 (9). 2/3c =v ，2/3c =v (10). 9×1016 J, 1.5×1017 J 三、计算题 1. 在K 惯性系中观测到相距x = 9×108 m 的两地点相隔t =5 s 发生两事件，而在相对于K 系沿x 方向以匀速度运动的K ＇系中发现此两事件恰好发生在同一地点．试求在K ＇系中此两事件的时间间隔． 解：设两系的相对速度为v , 根据洛仑兹变换， 对于两事件，有 2)/(1c t x x v v -'+'= ??? 22)/(1(c x )/c t t v v -' +'=??? 由题意： 0='?x 可得 x = v t 及 2)/(1c t t v -' =??， 由上两式可得 2)/(1c t t v -='??2/122))/()((c x t ??-== 4 s 2.在K 惯性系中，相距x = 5×106 m 的两个地方发生两事件，时间间隔t = 10-2 s ；而在 相对于K 系沿正x 方向匀速运动的K ＇系中观测到这两事件却是同时发生的．试计算在K ＇系中发生这两事件的地点间的距离x ＇是多少？ 解：设两系的相对速度为v ．根据洛仑兹变换， 对于两事件，有 2)/(1c t x x v v -' +'=???
狭义相对论的一些介绍 狭义相对论从提出到现在已经一百多年了，人们对这个理论的认识自然也不能一直停在一百多年前。这篇帖子就是想要帮助大家重新整理一下狭义相对论的思路。 一、我们先来复习一下如何算一条线段的长度。 如果我们在平整的地面画一条短线，如何计算线的长度？这个谁都会算，那就是末端的坐标减去始端的坐标，比如用尺子量， 拿到始端和末端的读书，相减得到直线的长度。 这里量一条直线，一维坐标系就可以了。但是如果我们偏偏要找麻烦呢？非要把这条直线斜着量？那也简单的很：
要测量线段长度也不过是测量出「甲」和「乙」的长度，然后勾股定理算出来。也就是(末端横坐标 - 起始端横座标)^2 + (末端纵坐标 - 起始端纵座标)^2 明显是把这条线拆解成横着的和纵的的嘛~ 如果我们再找麻烦，非要在一个三维的坐标系中来计算呢？那也不难，依葫芦画瓢，把线端拆成三部分：横、纵、竖，这样一来，计算方法就是： (末端横坐标 - 起始端横座标)^2 + (末端纵坐标 - 起始端纵座标)^2 + (末端竖坐标 - 起始端竖座标)^2 依次类推，可以放到任意正整数维的坐标系里面来算。 可是，实际上有个问题，我们这样算长度，是有条件的。那，当然这些方法来自于我们的生活经验，我们的生活经验是，时间是用来给不同的事件加标签用的，加了时间标签就可
以知道事情发生的先后顺序了。 二、闵可夫斯基空间 但是 Einstein 的狭义相对论提出了一种很棒的思路，就是为什么我们非要把自己的眼界放在三维空间中呢？我们可以把时间也放进来作为一个坐标分量，而我们不再去算两个地点的空间距离，而是去算发生的两个事件的间隔（既包含了时间部分，又包含了空间部分）。 我们继续前面的思考。 计算两个点的空间距离的方法我们已经掌握了，那么我们如何通过一种方法来把时间因素也加进来呢？ 我们的方法是通过定义一种新的两点距离的计算方法来实现的。我们上面的那种计算两点距离的方法，是在欧几里得空间的距离的计算方法，我们在狭义相对论中定义的新的方法是闵科夫斯基空间的距离计算方法。 比如我们要计算「事件甲」和「事件乙」之间的时空间隔，事件甲发生在「地点甲」，事件乙发生在「地点乙」，那么时空间隔的计算方法是： (地点乙横坐标 - 地点甲横座标)^2 + (地点甲纵坐标 - 地点乙纵座标)^2 + (地点甲竖坐标 - 地点乙竖座标)^2 - (时间乙发生的时间 - 时间甲发生的时间)^2 看啦，只不过是把时间差减掉而已。细心的读者立刻就会提到一个问题： 「咦？你这个计算方法有毛病嘛！！量纲不统一的啊！！！」 没错，你掌握了物理的一大精髓啊，量纲分析是推导完成后首要任务的。不过这里的要改进也忒简单了点，改成这样： (地点乙横坐标 - 地点甲横座标)^2 + (地点甲纵坐标 - 地点乙纵座标)^2 + (地点甲竖坐标 - 地点乙竖座标)^2 - (时间乙发生的时间 - 时间甲发生的时间)^2 * 某个速度^2 好了嘛。其实这就是 1907 年 Minkowski 对 Einstein 的狭义相对论的解释，而这种解释，就是那个年代最杰出的解释。 如果能明白这个距离的定义，狭义相对论最重要的一点您就掌握了。 三、「某个速度」 可是可是，这个「某个速度」是嘛意思啊？这是个什么速度啊？？？ 什么速度捏？我们只好去搜肠刮肚，找遍我们已知的整个物理规律，发现这样一件很奇妙的事情。那就是 Maxwell 方程组，把四个方程化简下，得到电磁波的波动方程。波动方程告诉我们这样一件事情，那就是这个波速跟时间和空间坐标都没关系。什么意思啊？那就是说这个电磁波的波速不管我们是站在路上看，还是骑车看，还是坐火车看，这个波速都是
第六章 狭义相对论基础（2014） 一．选择题 1、（基础训练1）宇宙飞船相对于地面以速度v 作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞 船尾部发出一个光讯号，经过?t (飞船上的钟)时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为( ).(c 表示真空中光速) (A) c ·?t (B) v ·?t (C) 2 /1(v /)c t c ??-(D) 2)/(1c t c v -??? 解答：[A]. 飞船的固有长度为飞船上的宇航员测得的长度，即为c ·?t 。 2、（基础训练2）在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s ，若相对于甲作匀速直 线运动的乙测得时间间隔为5 s ，则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速) (A) (4/5) c ． (B) (3/5) c ． (C) (2/5) c ． (D) (1/5) c ． 解答：[B]. () 222 002 4311551/t v t v c c c t v c ??????? ?= ?=-?=-= ? ? ???????? - 3、（基础训练3） K 系与K ＇系是坐标轴相互平行的两个惯性系，K ＇系相对于K 系沿Ox 轴正方向匀速运动．一根刚性尺静止在K ＇系中，与O 'x '轴成 30°角．今在K 系中观测得该尺与Ox 轴成 45°角，则K ＇系相对于K 系的速度是： (A) (2/3)c ． (B) (1/3)c ． (C) (2/3)1/2c ． (D) (1/3)1/2c ． 解答：[C]. K ＇系中：00'cos30;'sin30x y l l l l ?? == K 系中：()()2 2 '1/tan 45'1/1/32/3 x x y y l l v c l l v c v =-==?-=?= 4、（自测提高3）设某微观粒子的总能量是它的静止能量的K 倍，则其运动速度的大小为 (以c 表示真空中的光速) (A) 1-K c ． (B) 21K K c -． (C) 12-K K c ． (D) )2(1 ++K K K c 解答：[C]. 1 11122 02 0-=?=-=? -= K K c v K c v E E c v E E )/()/(总能量： 二．填空题 5、（基础训练7）一门宽为a ．今有一固有长度为l 0 (l 0 > a )的水平细杆，在门外贴近门的平面内沿 其长度方向匀速运动．若站在门外的观察者认为此杆的两端可同时被拉进此门，则该杆相对于门的运动速率u 至少为_______． 解答：[()01/c a l -]. 门外的观察者测得杆的长度() 2 2 0'1(/)1/l l u c a u c a l =-≤?≥-