高中物理课时跟踪检测十五牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界鲁科版选修3_4

课时跟踪检测(十五) 牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界(时间：30分钟满分：50分)一、选择题(共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。

)1．下列关于狭义相对性原理的说法中正确的是( )A．狭义相对性原理是指力学规律在一切参考系中都相同B．狭义相对性原理是指一切物理规律在一切参考系中都相同C．狭义相对性原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都相同D．狭义相对性原理与经典相对性原理没有区别2．下列说法中正确的是( )A．相对性原理能简单而自然地解释电磁学的问题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－vC．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．迈克耳孙－莫雷实验得出的结论是：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的3．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面的某处，v A＞v B，在A火箭上的人观察结果正确的是( )A．火箭A上的时钟走得最快B．地面上的时钟走得最快C．火箭B上的时钟走得最快D．火箭B上的时钟走得最慢4.惯性系S中有一边长为l的正方形，如图1所示，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是图2中的( )图1图25．用相对论的观点判断下列说法中正确的是( )A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B．在地面上的人看来，以 10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉不到，地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v远小于c时，“长度收缩”和“时间膨胀”效应可忽略不计6．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与(u′＋v)的关系是( ) A．u＝u′＋v B．u＜u′＋vC．u＞u′＋v D．以上均不正确二、非选择题(共2小题，共20分)7．(10分)一张宣传画是边长为5 m的正方形，一高速列车以2×108m/s的速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？8．(10分)假如有一对孪生兄弟A和B，其中B乘坐速度为v＝0.9c的火箭飞往大角星(牧夫座a)，而后又飞回地球。

第一节 牛顿眼中的世界 第二节 爱因斯坦眼中的世界建议用时 实际用时满分 实际得分90分钟100分一、选择题（本题包括8小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共32分）1.在一惯性系中观测，两个事件同地不同时，则在其他惯性系中观测，它们（ ）A.一定同时B.可能同时C.不可能同地，但可能同时D.不可能同地，也不可能同时2.惯性系中有一边长为 的正方形，从相对 系沿方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是图1中的（）图13.甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时乙在地面上看甲手中沿火车前进方向放置的尺，则下列说法正确的是（ ）A.甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度大B.甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度小C.乙看到甲手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度大D.乙看到甲手中的尺长度比乙看到自己手中尺长度小4.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）A.这个人是一个矮胖子 B.这个人是一个瘦高个子C.这个人矮但不胖D.这个人瘦但不高5.设航天英雄杨利伟乘坐的火箭在高速升空时（接近光速），他用望远镜来观察高空中飘浮的巨大气球，则观察结果是（）A.变得更小的球 B.变得更大的球C.像一只竖直放置的橄榄球D.像一只水平放置的橄榄球6.一列火车以接近光的速度从我们身边飞驶而过，下列说法中正确的是（ ）A.我们感到车厢和车窗的高度都变高了B.我们感到车厢和车窗的高度都变矮了C.我们感到车厢的前后壁的距离变小了D.车上的人认为车上与车下的情况都与往常一样7.话说有兄弟俩个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是（ ）A.哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B.弟弟思念哥哥而加速生长了C.由相对论可知，物体速度越大，其时间进程越慢，生理进程也越慢D.这是神话，科学无法解释8.根据经典物理学知识，关于人们对时间和空间的认识，下列说法正确的是（ ）A.时间和空间是绝对的，与物质的存在和物质的运动都无关B.时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间也无联系C.时间和空间可以脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系D.时间和空间不能脱离物质而独立存在，二者之间存在一定的联系二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.。

【创新设计】2013-2014高中物理 6-1.2 牛顿眼中的世界爱因斯坦眼中的世界鲁科版选修3-41．下面说法正确的是( )．A．在以11 000c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B．在以11 000c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11 000c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11 000c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c 解析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．答案CD2．如果牛顿定律在参考系A中成立，而参考系B相对于A做匀速直线运动，那么在参考系B中( )．A．牛顿定律也同样成立B．牛顿定律不能成立C．A和B两个参考系中，一切物理定律都是相同的D．参考系B也是惯性参考系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定律都是相同的，那么C 正确．答案ACD3．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )．A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高解析取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D.答案 D4．关于狭义相对论的两个假设，下列说法正确的是( )．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解析根据狭义相对论的两个基本假设，A、C正确．答案AC5．话说有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，那么该现象的科学解释是( )．A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了B．弟弟思念哥哥而加速生长了C．由相对论可知，物体速度越大，在其上时间进程就越慢，生理过程也越慢D．这是神话，科学无法解释解析根据相对论的时间延缓效应，当飞船速度接近光速时，时间会变慢，时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的．飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢．答案 C6．要描述一个物体的运动，必须选择__________．答案参考系7．20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦建立了__________，使人们对时空观的认识产生了根本性的变革．答案狭义相对论8．绝对时空观的特点是：__________、__________，时间和空间都是绝对的．答案时间和空间是分离的时间尺度和空间尺度与物体运动无关9．在经典力学中，__________是力学规律的基础，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫做_________________________________．答案牛顿运动定律惯性系10．一切惯性系中，光在真空中的传播速度都是c，与__________无关．答案光源运动11．惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )．解析由相对论知识易得运动方向上的边长变短，垂直运动方向的边长不变，C图象正确．答案 C12.如图6－1、2－3所示，车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的光球，从车厢中点以相同的速率v0分别向前后匀速运动(相对于车厢)，问：(1)在车厢内的观察者看来，光球是否同时到达两壁？(2)在地面上的观察者看来两光球是否同时到达两壁？解析在车上的观察者看来，A球所用时间t A＝L 2v0＝L2v0，B球所用时间t B＝L2v0＝L2v0，因此两球同时分别到达前后壁．而地上的观察者看来，球A先到达后壁．因为地面观察者认为球A向后位移小，而速度相同，所以，向后运动的球A需要较短的时间到达后壁．答案(1)同时到达(2)不同时到达图6－1、2。

§6-2 爱因斯坦眼中的世界◆教学目标一、知识与技能：（1）同时的相对性（2）运动长度的收缩（3）时间间隔的相对（4）了解时空相对性的验证（5）了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别二、过程与方法：（1）理解同时相对性的推演过程（2）理解从“同时相对性”出发得出“运动长度和时间间隔的相对性”的过程三、情感态度和价值观：（1）体会相对论崭新的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。

（2）辩证地看待经典物理理论◆教学重点、难点从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性◆教学方法阅读小结◆教学手段多媒体课件◆教学活动一、狭义相对论的两条基本原理狭义相对论的两个基本原理：① 狭义相对性原理——物理定律对于所有的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对2个基本原理的正确理解：①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；②强调真空中的光速光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。

二、狭义相对论中的时间与空间1、“同时”的相对性知道“同时”的相对性是相对论两个假设的直接推论。

讲解过程中要强调理解的出发点必须是两个假设，否则无法理解。

两种情景中点发光情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁讲解关键：在各个参考系中光速都为c情况2：地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的利用相对运动原理，可假设车静人动，人和地面相当于火车，结果与前面相似让学生自己分析课本上的“思考与讨论”2、长度的相对性。

6.1牛顿眼中的世界教学目标一、知识与技能：（1）了解相对论诞生的历史背景，知道麦克尔孙---莫雷实验（2）了解经典的相对性原理（3）知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾二、过程与方法：（1）了解对经典物理学内部矛盾的探索过程（2）理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推理方法三、情感态度价值观：明确物理理论的发展的基础——实验教学重点、难点狭义相对论的两点假设教学过程介绍相对论诞生的历史背景:一、经典的相对性原理力学规律在任何惯性参考系中都是的。

还可以表述为：在任何惯性参考系中无法用任何力学实验判断该参考系相当于另一个参考系是静止的还是做匀速直线运动，即任何惯性参考系都是平权的。

二、绝对时空观经典力学总结了低速物体的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观。

绝对时空观认为时间和空间不会随不同而变化，也就是时间和空间是。

三、寻找“以太”-------麦克尔孙---莫雷实验1888年，用实验证明了电磁波的存在。

用实验是一个测量地球相对“以太”运动的典型实验。

时间和空间是两个相对时空观独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。

绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，不同而变化习题1．在经典力学中，__________________是力学规律的基础，若它在某个参考系中成立，则这样的参考系叫______________。

2．相对性原理是指在不同的_____________参考系中，一切物理定律都是_____________的；光速不变原理是指真空中的光速在不同的_____________参考系中都是_____________的。

3．假设有一天你坐在神州七号的飞船舱内，且看不到舱外的景物。

当飞船静止或做匀速直线运动时，你_____________（填“能”或“不能”）感觉到飞船是静止的还是运动的。

第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界1．(多选)下面关于伽利略相对性原理的说法中正确的是()A．力学规律在任何参考系中都是相同的B．惯性系就是静止不动的参考系C．如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系．相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系D．力学规律在任何惯性系中都是相同的【解析】经典相对性原理是指力学规律在所有惯性参考系中都是成立的．这里对参考系是有条件的，即必须是惯性参考系，非惯性参考系是不适合的．而惯性参考系并不仅指静止的参考系，相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系也是惯性系．【答案】CD2．下列关于狭义相对论原理的说法中正确的是()A．狭义相对论原理是指力学规律在一切参考系中都成立B．狭义相对论原理是指一切物理规律在一切参考系中都成立C．狭义相对论原理是指一切物理规律在所有惯性参考系中都成立D．狭义相对论原理与经典相对性原理没有区别【解析】根据狭义相对论原理的内容，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．一定要注意它和经典相对性原理的区别，即狭义相对性原理中的“规律”是一切物理规律，而经典相对性原理中的“规律”只是指经典物理学的规律，范围比前者小许多．【答案】 C3．(多选)用相对论的观点判断下列说法正确的是()A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计【解析】相对论观点是时间、空间是相对的；运动的时钟会变慢；沿运动方向的长度会收缩．【答案】CD4．广州的一个人在听到收音机报时：“刚才最后一响是北京时间7点整”的时候，他在最后一响时，把表对到7点整，北京的钟和广州的钟是一致的吗？怎样才能使它们一致？【答案】电磁波的传播速度等于光速，从北京传到广州，是需要一定时间的．当广州的人听到报时声时，北京的钟已到达“7点整”一段时间了，所以不一致，北京的钟先到“7点整”，要想两地的钟一致，可以在北京和广州的连线中点报时，两地同时拨钟才会一致5.π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8 s(在以自己为参考系中测得)．如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室参考系中测量的π＋介子寿命多长？π＋介子在衰变前运动了多长距离？【审题指导】 根据“时间延缓效应”公式Δt ＝Δt ′1－（v c ）2判断时间，再根据s ＝v·Δt 判断运动的距离．【解析】 π＋介子在实验室参考系中测量的寿命为：Δt ＝Δt ′1－（v c ）2＝ 2.6×10－81－（0.8）2 s ＝4.3×10－8 s. 该粒子在衰变前运动的距离s ＝v·Δt ＝0.8×4.3×10－8×3×108 m ＝10.32 m.【答案】 4.3×10－8 s 10.32 m6．远方的一颗星以0.8 c 的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？【解析】 因为Δt ＝Δt ′1－（v c ）2所以Δt′＝Δt ·1－（v c ）2 Δt ＝5昼夜 v ＝0.8c 所以Δt ′＝5×1－（0.8）2昼夜＝3昼夜．【答案】 3昼夜.7.有一太空船以0.8c 的速度飞越“月球太空站”．一科学家在月球上量得运动中的太空船长度为200 m ，此太空船最后在月球上登陆，此科学家再度测量静止的太空船的长度，他测量的结果如何？【审题指导】 根据“长度收缩效应”公式l ＝l 01－（v c ）2进行判断．【解析】 在月球上测得运动的飞船的长度为l ，静止飞船的长度为l 0，依据狭义相对论的长度收缩效应关系式， 有l ＝l 01－（v c）2 所以l 0＝lc c 2－v 2＝200c c 2－0.82c 2m ≈333 m. 【答案】 333 m8．一张宣传画是边长为5 m 的正方形，一高速列车以2×108 m/s 的速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？ 【解析】 l ＝l′1－（v c ）2＝5×1－（2×1083×108）2 m ＝3.7 m ，在垂直运动方向上长度不变，所以看到的是一张3.7×5 m 2的宣传画．【答案】 看到的是一张3.7×5 m 2的宣传画9.设有一飞行器以v ＝0.8c 的速度在地球上空飞行，如果这时从飞行器上沿其前进方向发射一物体，设该物体相对于飞行器的速度u′＝0.9c ，问从地面上观察，该物体的速度多大？【解析】 设地面参考系为S 系，飞行器参考系为S′系，由相对论速度叠加公式，从地面参考系S 中观察到的物体的速度为u ＝u ′＋v 1＋vu′c 2＝0.9c ＋0.8c 1＋0.8×0.9＝0.99c. 【答案】 0.99c10．光子火箭船相对地面以v 1＝0.9c 沿＋x 方向飞行，光子炮弹相对于火箭船以速度v 2＝0.9c 向前射出，求从地面观测到的光子炮弹的速度．【解析】 以地面为S 系，以火箭为S′系，则v ＝v 1＝0.9c ，u ′x ＝v 2＝0.9 c ，所以u x ＝u ′x ＋v 1＋v c 2u ′x ＝0.9c ＋0.9c 1＋0.9c c 2×0.9c＝0.994c. 【答案】 0.994c。

第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界（教师用书独具)●课标要求知识与技能1。

知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论。

2.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别．体会相对论的建立对人类认识世界的影响．过程与方法1。

通过学习，提高分析物理现象与定理定律矛盾的能力.2.通过时间间隔相对性和长度相对性的推导,培养逻辑推理能力. 3。

通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力．情感态度与价值观1。

通过对本节内容的学习，认识科学假设在科学发现上的重要作用，进一步理解逻辑推理的力量.●课标解读1．理解经典力学的相对性原理．2．了解绝对时空观和迈克尔孙实验．3．理解狭义相对论的两条基本原理．4．知道狭义相对论的几个主要推论．●教学地位在本章第1节中，首先借助伽利略著作中的一段叙述引出经典力学的相对性原理，接着指出这一认识产生的根源在于绝对时空观,自然地引出绝对时空观的介绍以及伽利略变换,指出绝对时空观是经典物理学的支柱．寻找“以太”的迈克尔逊实验对相对论的产生起着举足轻重的作用，在这里也做了介绍,为下面狭义相对论的提出做好铺垫．第2节首先从对迈克尔逊—莫雷实验的“零结果”的探讨出发，引出了爱因斯坦抛弃了经典时空观,并提出了狭义相对论的两条基本原理-—狭义相对性原理和光速不变原理—-的史实．接着讲述了狭义相对论中的时空观．本节最后还介绍了狭义相对论中速度叠加的计算式．本部分内容极其抽象，教师的讲授主要是激起学生的兴趣，给其以观念上的冲击，引导学生积极思考．（教师用书独具）●新课导入建议情景引入当你乘坐学生甲骑的自行车分别以匀速直线运动、加速直线运动时，你以不同方式(自由落体、竖直上抛、平抛等）抛出手中的物体，你与站在路边的乙同学观察到的物体的运动情况一样吗？为了更好地解释有什么不同，我们可以从牛顿的眼中和爱因斯坦的眼中来看这个世界．●教学流程设计错误!⇒错误!⇒错误!⇒步骤3：师生互动完成“探究1”（除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇐步骤6:完成“探究3”（方式同完成“探究1”相同）⇐步骤5：师生互动完成“探究2"(方式同完成“探究1”相同)⇐步骤4:让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论。

第1节牛顿眼中的世界第2节爱因斯坦眼中的世界1.知道经典力学相对性原理，知道绝对时空观以及伽利略变换.2.了解迈克尔孙—莫雷实验及其结果.3.理解狭义相对论的两条基本原理，知道其提出的事实依据.（重点）4.知道同时的相对性、时间延缓和长度的收缩效应，并能用其解决简单的问题.（重点＋难点）5.了解相对论速度叠加规律，能用之进行简单计算.一、牛顿眼中的世界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，还是在做匀速直线运动.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，也就是说时间与空间是绝对的，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，但实验结果证明“以太”是不存在的，这就是迈克尔孙—莫雷实验的“零结果”.（1）静止或匀速直线运动的参考系是惯性系.（ ）（2）由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系.（ ）（3）在不同的惯性系中，光速是不相同的.（ ）提示：（1）√ （2）√ （3）×二、爱因斯坦眼中的世界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和空间（1）“同时”的相对性：对于一个参考系来说“同时”发生的两件事，对于另一个参考系来说就不一定同时发生了，这就是“同时”的相对性.（2）时间的相对性：①同一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中测量不一定相同.与之相对静止的参考系测得的时间最短，称为固有时；与之有相对运动的参考系测得的时间变长，相对速度越大，测得的时间越长，这就是著名的时间延缓效应.②设Δt 表示静止的惯性参考系中测得的时间，Δt ′表示以速度v 匀速直线运动的参考系中观察同一事件经历的时间，则它们的关系是Δt ＝Δt ′1－v 2c2. （3）长度的相对性：①在狭义相对论时空观中，长度也与观察者的运动状态有关，不同的观察者将会看到空间两点间的距离是不同的.当空间两点相对观察者静止时测得的长度l 0叫固有长度.相对观察者沿两点连线方向以速度v 运动时测得的长度l 变短了，这就是长度缩短效应.②l 0、l 、v 之间有以下关系 l ＝l 01－v 2c2. 3.相对论的速度叠加在一维的情况下，u 是物体相对静止参考系的速度，v 是运动参考系相对静止参考系的速度，u ′是物体相对运动参考系的速度，则狭义相对论的速度叠加公式为u ＝u ′＋v 1＋vu ′c 2.在狭义相对论中，尺子变短只是由于观察者的视觉误差造成的，这种认识是否正确？提示：不正确，在狭义相对论中，尺子变短是由于光速不变原理造成的，与视觉误差没有关系.经典力学的相对性原理及时空观1.经典力学的相对性原理（1）惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对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）经典力学相对性原理：①内容：力学规律在任何惯性系中都是相同的.②其他表述：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动.2.绝对时空观在经典力学里，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.（1）绝对时间：两个同时发生的事件，不论是静止参考系中的观测者还是匀速直线运动参考系中的观测者，他们测得这两个事件发生的时刻都是相同的.某事件经历的时间不会因参考系不同而不同.可见，“同时”是绝对的，时间也是绝对的，时间永远均匀地流逝着，与物质无关，与运动无关.（2）绝对空间：宇宙中存在一个绝对静止的惯性参考系（简称惯性系），力学规律首先应当能在这个参考系中准确地陈述，这个绝对静止的惯性系与时间无关，永恒不变，它可以脱离物质独立存在.这就是绝对空间概念.（3）经典力学的速度叠加原理：在经典力学中如果某一惯性系相对另一惯性系的速度为v ，在此惯性系中有一物体速度为u ′，那么，此物体相对另一惯性系的速度是u ＝v ＋u ′.如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m ＝5 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F ＝5 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？[思路点拨]根据速度的叠加和牛顿第二定律可解决此题. [解析]对车上的观察者：物体的初速度v0＝0，加速度a＝Fm＝1 m/s2 10 s时速度v1＝at＝10 m/s.对地上的观察者：物体初速度v0＝20 m/s，加速度相同a＝Fm＝1 m/s2.10 s末速度v2＝v0＋at＝30 m/s.[答案]10 m/s30 m/s在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s，另一个30 m/s，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则.也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的.1.（多选）下列关于经典力学的时空观，说法正确的是（）A.经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的B.在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件（或物体的运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关C.在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离是绝对的不变的量值，而与参考系选取无关D.经典力学的时空观是一个相对的时空观，时间、空间都与物体的运动有关解析：选ABC.经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关.同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生的，故A、B、C均正确，D错误.狭义相对论的基本原理及时空理论1.狭义相对论基本原理的理解（1）狭义相对论的相对性原理与经典力学的相对性原理的区别：经典力学的相对性原理是指力学规律在任何惯性系中都是相同的.狭义相对论中的相对性原理是指一切客观真实的物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系.狭义相对论中的相对性原理不再局限于力学规律，但所涉及的参考系仅限于惯性系.（2）光速不变原理：迈克尔孙—莫雷实验的“零结果”说明了企图通过电磁学或光学实验测量地球相对“以太”的绝对运动是不可能的，不存在绝对的静止的惯性系.在不同的惯性系中，在不同的方向上，光在真空中的传播速度都是c .2.对相对论时空观的认识（1）“同时”是相对的A 、B 两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关.汽车以较快的速度匀速行驶，分别以地面和汽车为参考系.一个观察者在地面S ′处，另一观察者在汽车车厢中央S 处，且S 处上方有一闪光光源.当汽车经过S ′时，车厢中央的光源发出闪光，对车上的观察者，这个闪光照到车厢前壁和后壁这两个事件是同时发生的；对车下的观察者，他观察到闪光先到达后壁后到达前壁，这两个事件是不同时发生的.（2）长度的相对性（长度缩短效应）长度的测量方法：同时测出杆的两端M 、N 的位置坐标，坐标之差就是测出的杆长.如果与杆相对静止的人认为杆长为l 0.与杆相对运动的人认为杆长为l .则l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2. 一根相对于观测者沿自身长度方向运动的杆，其被测长度总比杆相对观测者静止时的被测长度小，而在与运动方向垂直的方向上，没有这种效应.（3）时间间隔的相对性（时间延缓效应）一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中测量不一定相同.与事件发生地相对静止的观察者测出事件的时间间隔为Δt ′，与事件发生地相对运动的观察者测得事件的时间间隔为Δt .则Δt ＝Δt ′1－⎝⎛⎭⎫v c 2.3.对相对论速度叠加公式的理解相对论认为，如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v ，车上的人以速度u ′，沿着火车前进的方向相对火车运动，那么这个人相对地面的速度u 为u ＝u ′＋v 1＋vu ′c2 . 理解这个公式时应注意：（1）如果火车上的人运动方向与火车的运动方向相反，则u ′取负值.（2）如果v <<c ，u ′<<c ，这时vu ′c 2可以忽略不计，此时相对论的速度叠加公式近似变为u ＝u ′＋v ，这就是经典力学的速度叠加公式.（3）此公式只适用于一维情况，如果u ′与v 的方向垂直或成其他角度，情况比较复杂，该公式不再适用.人马星座a 星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m.设有一宇宙飞船往返于地球和人马星座a 星之间.若宇宙飞船的速度为0.999c ，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多少时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多少？[思路点拨] 注意运动的飞船上的时间延缓效应.[解析] 以地球上的时钟计算：Δt ＝s v ＝2×4.3×10160.999×3×108 s ＝2.87×108 s ＝9年； 若以飞船上的时钟计算：因为Δt ＝Δt ′1－⎝⎛⎭⎫v c 2，所以得Δt ′＝Δt 1－⎝⎛⎭⎫v c 2＝2.87×108×1－0.9992 s ＝1.28×107 s ＝0.4 年. [答案] 9年 0.4年2.如图，假设一根10 m 长的梭镖以光速穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的.以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是（ ）A.梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B.管子收缩变短，因此在某些位置上，管子恰好遮住梭镖C.两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D.所有这些都与观察者的运动情况有关解析：选D.如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全处在管子内部.然而当你和梭镖相对静止时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子.答案为D.典型问题——两种时间观的比较1.经典时空观（1）在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中也是同时的.（2）在不同的惯性系中观察，一条杆的长度总是相同的.（3）在不同的惯性系中，发生的某两个事件的时间间隔总是相同的.即经典时空观认为：空间和时间脱离物质而存在，是绝对的，空间和时间没有联系，即与物质的运动无关.2.相对论时空观（1）在同一惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察是不同时. （2）一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，但在垂直于杆运动的方向上，杆的长度不变.（3）某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是不同的，两个惯性系的相对速度越大，时间进行得越慢，非但如此，一切物理、化学过程和生命过程都变慢了.即相对论时空观认为：空间和时间与物质运动状态有关.（多选）下列关于经典力学的时空观和相对论时空观的说法正确的是（）A.相对论时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的B.在经典力学的时空观中，时间间隔是相对的，即任何事件（或物体的运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取有关C.在相对论时空观中，空间距离是相对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离与参考系选取有关D.经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动状态无关[解析]经典的时空观认为，时间、空间均是绝对的，与物体的运动状态无关，同时也是绝对的，即在一个参考系中同时发生的两个事件，在不同参考系中观察也是同时发生的.相对论的时空观认为，时间、空间均是相对的，与物体的运动状态有关，同时也是相对的.[答案]CD（多选）用相对论的观点判断，下列说法正确的是（ ）A.时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B.在地面上的人看来，高速运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C.在地面上的人看来，高速运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D.当物体运动的速度v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计解析：选BCD.时间和空间都是相对的，故选项A 的说法错误；根据“时间膨胀”和“长度收缩”效应，选项B 、C 的说法正确；当速度v ≪c 时，1－⎝⎛⎭⎫v c 2≈1，所以“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计，故选项D 说法正确.。