教科版高中物理必修3-4知识讲解 相对论简介

高中物理选修3-4相对论知识点相对论是物理选修3-4的重点内容，高中学生要了解哪些知识点?下面店铺给大家带来高中物理相对论知识点，希望对你有帮助。

高中物理相对论知识点一、狭义相对论的基本假设;狭义相对论时空观与经典时空观的区别爱因斯坦狭义相对性原理的两个基本假设：⑴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。

⑵光速不变原理：在不同的惯性参考系中，真空中的光速都是相同的。

即光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。

相对论的时空观：经典物理学的时空观(牛顿物理学的绝对时空观)：时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有任何联系。

相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观)：空间和时间都与物质的运动状态有关。

相对论的时空观更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论的特例，在宏观低速运动时仍将发挥作用。

二、同时的相对性、长度的相对性、质能关系时间和空间的相对性(时长尺短)1.同时的相对性：指两个事件，在一个惯性系中观察是同时的，但在另外一个惯性系中观察却不再是同时的。

2.长度的相对性：指相对于观察者运动的物体，在其运动方向的长度，总是小于物体静止时的长度。

而在垂直于运动方向上，其长度保持不变。

长度收缩公式：3.时间间隔的相对性：指某两个事件在不同的惯性系中观察，它们发生的时间间隔是不同的。

高中物理选修3-4知识点1、机械振动：物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。

机械振动产生的条件是：①回复力不为零;②阻力很小。

使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在具体问题中要注意分析什么力提供了回复力。

2、简谐振动：在机械振动中最简单的一种理想化的振动。

对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解：①物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。

②物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动。

物理高一相对论知识点总结相对论是现代物理学的重要分支之一，对于高中物理学科而言，相对论是必修的内容之一。

下面是我对物理高一相对论知识点的总结。

1. 相对论的起源与发展相对论是由爱因斯坦在20世纪初提出的一种物理理论。

其起源于对光的传播速度为常数的研究，揭示了时间、空间和能量的相互关系。

随着对相对论的进一步研究，相对论逐渐成为与经典力学并列的物理学理论。

2. 狭义相对论和广义相对论相对论分为狭义相对论和广义相对论两个部分。

狭义相对论主要研究在惯性系中的相对性原理和光速不变原理。

广义相对论则是在引力场中对物质的运动进行描述。

3. 狭义相对论的知识点狭义相对论的核心概念包括：- 等效原理：无论我们身处于何种加速状态，做相同实验的结果都将相同。

- 光速不变原理：光在真空中的传播速度是恒定不变的。

- 相对性原理：物理规律在所有惯性系中都是相同的。

4. 狭义相对论的相对性效应- 时间膨胀：相对运动的物体的时间流逝速度不同，静止物体的时间流逝速度较快。

- 尺缩效应：相对运动的物体的长度会沿运动方向缩短。

- 质量增加：物体在高速运动时，其质量会增加。

- 闵可夫斯基时空：狭义相对论采用四维时空的概念，统一了时间和空间的观念。

5. 广义相对论的知识点广义相对论的核心概念包括：- 引力是时空的曲率：物质的分布会使时空产生弯曲，物体在引力场中运动。

- 弯曲时空的效应：光线在弯曲的时空中会发生偏折，产生引力透镜效应。

- 引力时间延缓：在较强引力场中，时间会变慢。

- 黑洞：当物体被引力压缩到一定程度时，它的质量无限增加，形成了一个无法逃逸的区域。

6. 物理实验对相对论的验证相对论的有效性通过多项实验进行了验证，例如测量卫星导航系统的时间延迟、测量时空弯曲等。

这些实验结果与相对论的预测相一致，从而进一步证实了相对论理论的正确性。

总结：相对论是现代物理学中不可或缺的理论之一，它给出了一种深刻的物理学观念，改变了传统的物理学框架。

高中物理相对论知识点相对论是物理学中的一个重要概念，主要包括狭义相对论和广义相对论。

狭义相对论主要研究高速运动物体的力学性质，广义相对论则是对引力的理论解释。

下面将介绍一些高中物理中与相对论相关的知识点。

1. 光速不变性：根据狭义相对论的基本假设，光在真空中的速度是一个恒定值，即光速不随观察者的速度而改变。

这一原理对于描述高速运动物体的力学性质至关重要。

2. 相对论速度叠加原理：在相对论中，物体的速度不再简单地相加，而是遵循相对论速度叠加原理。

该原理指出，当两个物体以接近光速运动时，它们的相对速度并不简单地等于两个速度的矢量和，而是通过一个特殊的公式计算得出。

3. 时间的相对性：狭义相对论指出，时间不是绝对的，而是与观察者的运动状态有关。

当一个物体以接近光速运动时，其时间会相对于静止观察者来说变慢，这就是所谓的时间膨胀效应。

4. 空间的相对性：狭义相对论还指出，空间也不是绝对的，而是与观察者的运动状态有关。

当一个物体以接近光速运动时，其长度会相对于静止观察者来说变短，这就是所谓的长度收缩效应。

5. 质量增加：狭义相对论还预言了质量增加效应。

当一个物体以接近光速运动时，其质量会相对于静止观察者来说增加。

这种质量增加效应被称为相对论质量增加。

6. 引力的相对论解释：广义相对论是对引力的理论解释。

根据广义相对论，引力是由于物体弯曲了周围的时空而产生的。

质量越大的物体会弯曲周围的时空越多，这就形成了引力场。

7. 弯曲时空的效应：根据广义相对论，弯曲的时空会影响物体的运动轨迹。

光线在弯曲的时空中会发生偏折，这就是所谓的引力透镜效应。

此外，弯曲时空还可以解释黑洞的存在，黑洞是由质量极大的物体引起的，其引力场极强，连光都无法逃离。

8. 物质与能量的等价性：狭义相对论还提出了著名的质能等价原理，即物质与能量是可以相互转化的。

根据质能等价原理，质量为m的物体所对应的能量E等于m乘以光速的平方。

9. 时间延迟效应：根据狭义相对论，高速运动物体的时间会相对于静止观察者来说变慢。

高中物理相对论知识点归纳相对论是物理学中重要的分支之一，它揭示了物质的运动规律和性质在不同参考系下的变化。

在高中物理教学中，相对论知识点也是必不可少的一部分。

下面将对高中物理中的相对论知识点进行归纳整理，帮助同学们更好地理解相关内容。

1. 光速不变原理光速不变原理是相对论的核心之一，它指出光在真空中的传播速度是不随光源或观察者的运动状态而变化的，即$ c = 3.00 \times 10^8 \:m/s $。

这一原理对于狭义相对论和广义相对论都具有重要意义，是相对论理论体系的基础之一。

2. 时间相对性根据相对论的理论，时间并非绝对的，而是与观察者的运动状态相关。

在高速运动下，时间会发生相对论效应，即时间会因为运动速度而发生减缩。

这一概念也被称为时间相对性，是狭义相对论的重要内容之一。

3. 长度收缩效应除了时间相对性外，长度也会因为相对论效应而发生变化。

当物体以接近光速的速度运动时，其长度会发生收缩，即长度沿着运动方向缩短。

这一现象称为长度收缩效应，也是相对论中的重要内容之一。

4. 质量增加效应质量增加效应是相对论的一个重要结果，它指出质量会随着物体速度的增加而增加。

根据爱因斯坦的质能关系$ E = mc^2 $，质量与能量是等价的，因此高速运动的物体会有更大的质量。

这一效应在粒子加速器实验中得到了验证。

5. 相对论动量根据相对论理论，动量也会随速度的增加而发生变化。

相对论动量公式为$ p = \frac{mv}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}} $，其中$ m $为物体的静止质量，$ v $为物体的速度，$ c $为光速。

相对论动量的引入使得在高速运动下动量仍然遵守动量守恒定律。

6. 相对论效应在日常生活中的应用相对论理论虽然在高速运动和微观领域中表现出最为明显的效应，但其在日常生活中也有一些应用。

例如，全球定位系统（GPS）在设计中考虑了相对论效应对信号传播时间的影响，以确保精确度。

高中相对论初步知识点总结高中相对论初步知识点总结相对论是物理学中一项重要的理论，由爱因斯坦在20世纪初提出。

它在物理学发展历程中起到了革命性的作用，对我们对宇宙和时间的理解带来了巨大的飞跃。

在高中物理学习中，相对论是一个相对较难的内容，下面将对高中相对论的初步知识点进行总结。

1. 狭义相对论狭义相对论是相对论的最基本形式，它的核心思想是光速不变原理和惯性系的等效性。

光速不变原理指出，在任何惯性参考系中，光速都是不变的，即光在真空中的传播速度是一个常数。

这一原理为相对论的推导提供了基础。

2. 等效性原理等效性原理是指在任何惯性系中，物理规律都是相同的。

这意味着在宏观物体的运动中，惯性力和引力力是等效的，引力力可以由一个观察者认为是因引力而产生的，而由另一个观察者认为是因惯性力而产生的。

3. 因果性原理因果性原理是指任何物体的运动都是有因果关系的。

这意味着事件的发生必须有一个因果关系，并且事件的发生顺序在不同惯性系中应该是一致的。

4. 相对性原理相对性原理指出物理规律在惯性系中应该是相同的，并且不依赖于观察者的运动状态。

这一原理是由爱因斯坦引入相对论中的，并对牛顿力学提出了挑战。

5. 时间的相对性狭义相对论中的一个重要结论是时间的相对性，即观察者的运动状态会影响他们所测量的时间。

当两个相对运动的观察者进行时间测量时，他们所得到的时间会有差异，这种差异被称为时间膨胀。

6. 长度的相对性和时间相似，长度也是相对性的概念。

由于速度对物体长度的影响，当两个相对运动的观察者进行长度测量时，他们所得到的长度也会有差异。

这种差异被称为长度收缩。

7. 质量的相对性质量也是相对性的概念。

当物体靠近光速时，其质量会增加，并且趋近于无穷大。

这一效应被称为质量增加效应。

8. 能量-质量关系爱因斯坦提出了著名的质能方程——E=mc²，其中E表示能量，m表示物体的质量，c表示光速。

这一方程揭示了能量和质量之间的等价关系，即质量可以转化为能量。

高三物理学科中的相对论知识点总结与应用相对论是物理学中一项重要的理论，它主要由爱因斯坦在20世纪初提出。

在高三物理学科中，相对论也被广泛地涉及和应用。

本文将对高三物理学科中的相对论知识点进行总结，并探讨其应用。

一、狭义相对论知识点总结1. 相对性原理：指出物理规律在惯性参考系下具有相同的形式。

即无论观察者的相对运动如何，物理现象的规律都是不变的。

2. 光速不变原理：无论物体的相对运动如何，光速在真空中的数值都是恒定不变的。

3. 等时原理：不同的观察者在相同的时刻测量到的空间间隔是相同的。

二、狭义相对论的应用1. 时间膨胀：根据狭义相对论的时间膨胀公式，可以计算高速运动物体的时间流逝比静止物体的时间慢。

2. 长度收缩：根据狭义相对论的长度收缩公式，可以计算高速运动物体在运动方向上的长度会缩短。

3. 质能关系：狭义相对论揭示了质量与能量之间的等价关系，即质量可以转化为能量，质能关系表达式为E=mc²。

4. 相对论动量：狭义相对论给出了相对论动量的计算公式，可以描述高速运动物体的动量。

三、广义相对论知识点总结1. 引力场和弯曲时空：广义相对论认为质量和能量会弯曲时空，形成引力场。

2. 时空弯曲的效应：在弯曲的时空中，物体的运动轨迹不再是直线，而是曲线。

光线也会受到引力场的弯曲影响。

3. 等效原理：广义相对论提出，重力场和加速度场的效应等价，即在自由下落的物体中，无法区分是地球的引力作用还是加速度场的作用。

四、广义相对论的应用1. 黑洞：广义相对论揭示了质量足够大的物体会形成黑洞，其中的引力场非常强大。

2. 宇宙膨胀：广义相对论的引力场效应揭示了宇宙的膨胀现象，并提出了宇宙膨胀的宇宙学模型。

3. GPS导航的相对论校正：由于卫星在高速运动中，相对论的效应会导致GPS导航中的时间误差，因此需要进行相对论校正。

综上所述，高三物理学科中的相对论知识点主要涵盖了狭义相对论和广义相对论。

在应用方面，相对论在时间膨胀、长度收缩、质能关系、相对论动量、引力场弯曲等方面都有着广泛的应用。

高三物理相对性原理知识点相对性原理是物理学中非常重要的概念之一，它由爱因斯坦在1905年提出，并在1915年进行了进一步的发展。

相对性原理主要包括狭义相对论和广义相对论两个方面，它们分别适用于不同的物理情境。

本文将从理论基础、狭义相对论和广义相对论三个方面讨论高三物理中的相对性原理知识点。

一、理论基础相对性原理是基于两个核心假设建立的。

首先是等效原理，也称为虚设速度原理，它指出在一个惯性系中，物理定律在质点的运动方程中，虚设一个作用在质点上的力，实质上是引入一个它的自由度，以便于根据高级原理来导出运动方程。

其次是光速不变原理，它指出在真空中光速是不变的，与观测光源和观测者的相对运动无关。

二、狭义相对论狭义相对论是相对性原理的最基本形式，主要适用于惯性系。

它提出了时空相对性、钟慢效应、尺缩效应和能量-动量关系等重要概念。

时空相对性指出时间和空间不是绝对的，而是与观察者的参考系相关。

钟慢效应和尺缩效应揭示了速度接近光速的物体的时间和尺寸相对于静止观测者来说会发生变化。

能量-动量关系则建立了质量和能量之间的等价关系，即著名的E=mc²。

三、广义相对论广义相对论是对相对性原理的进一步发展，适用于包含引力的非惯性系。

它提出了引力与时空弯曲的关系，并提出了著名的爱因斯坦场方程。

广义相对论通过引入度规张量来描述弯曲时空，并将物质和能量分布看作是弯曲时空的原因。

在引力场中，物体的运动是受到时空弯曲的影响的，它们会沿着最短路径——测地线运动。

综上所述，相对性原理是现代物理学的基石之一，对我们理解时空结构和引力的本质具有重要意义。

熟练掌握相对性原理及其应用，对于高三物理学生来说至关重要。

通过深入学习和理解相对性原理，我们能够更好地理解物理世界的现象，并在实践中应用于科学研究和技术创新中，推动人类社会的进步与发展。

高中物理相对论知识点汇总相对论是一门深奥而又重要的物理学分支，涉及到时间、空间、运动等方面的理论和实验。

在高中物理课程中，相对论知识点通常属于较为抽象和难以理解的内容，但却是建立在经典物理基础上的重要理论。

本文将对高中物理中涉及到的相对论知识点进行汇总和解读，帮助同学们更好地理解和掌握这一重要的物理学科。

1. 狭义相对论狭义相对论是相对论的最早形式，建立在爱因斯坦的相对论原理的基础上，主要研究运动的物体之间的相对性。

在狭义相对论中，最著名的是质能方程E=mc^2，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。

这个公式揭示了质量和能量之间的等价关系，即质量可以转化为能量，反之亦然。

2. 相对论效应在高速运动的情况下，时间和空间会发生相对论效应，即时间的流逝和空间的扭曲会随着观察者相对速度的不同而表现出不同的状态。

著名的双生子悖论就是相对论效应的一个经典例子，其中一个双生子在高速运动后回到地球时，发现自己的另一半已经年老，这展示了时间流逝的相对性。

3. 光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的重要基础，即不论光源相对于观察者的运动速度如何，光速恒定不变。

这一原理改变了牛顿的经典物理观念，揭示了光速在自然界中的独特地位。

光速不变原理也是相对论原理的一部分，为后续的广义相对论奠定了基础。

4. 相对论的应用相对论不仅在理论物理学中有着重要地位，也广泛应用于实际生活和科学技术中。

GPS卫星导航系统就是基于相对论原理设计的，考虑到卫星运动速度较快和地球引力场的影响，GPS系统能够实现高精度和高稳定的导航定位。

相对论还可以解释核反应、宇宙演化等现象，对整个宇宙的理解和科学发展产生着深远的影响。

总结：相对论作为物理学的重要理论之一，为人类理解宇宙和改变世界奠定了坚实的基础。

在高中物理学习中，充分理解和掌握相对论知识点，不仅可以帮助学生提高对物理学的认识和理解，还可以激发学生对科学的兴趣和探索精神。

相对论知识点的汇总和解读，有助于学生全面掌握这一重要物理学科，为未来的学习和科研打下坚实的基础。

高三物理相对论知识点相对论是一门物理学理论，由爱因斯坦在20世纪初提出。

它对于解释运动物体的行为和描述宇宙的结构起着重要作用。

相对论的概念和原理涉及到许多复杂的物理学知识点。

在高三物理学习中，学生也会接触到一些基本的相对论知识点。

在接下来的文章中，我们将简要介绍一些高三物理相对论知识点。

光速不变原理相对论的基础是光速不变原理。

它表明，在任何惯性参考系中，光的速度都是恒定不变的，即时追赶或逆行也无法改变光的速度。

这一原理对于我们理解时间和空间的相对性至关重要。

时间相对性相对论中，时间是与参考系有关的。

当两个观察者相对静止时，他们的时间流逝速度是一样的。

然而，当他们相对运动时，时间流逝速度就会发生变化。

这被称为时间相对性。

例如，对于一个以接近光速运动的观察者来说，时间会减缓。

长度收缩相对论还涉及到长度收缩的概念。

当一个物体以接近光速运动时，其长度会出现收缩。

这是因为相对论中，时间和空间是相互关联的。

根据洛伦兹变换公式，当观察者以高速接近物体时，物体的长度会变短。

质能关系著名的爱因斯坦质能关系公式E=mc²也是相对论的重要内容。

它表明质量和能量之间存在着等价关系。

质量可以被转化为能量，而能量也可以转化为质量。

这一关系进一步加深了人们对物质和能量的理解。

相对论力学相对论力学是相对论的一个重要分支。

与经典力学相比，相对论力学在描述运动物体时考虑了时间和空间的相对性。

它提供了更准确的计算方法，尤其是当物体以高速运动时。

相对论的应用除了对物理学领域的影响，相对论还在其他领域有广泛的应用。

例如，在航空航天领域，相对论的原理被用于计算卫星轨道的精确位置；在核能领域，相对论的原理被用于解释核反应和辐射等现象。

总结相对论是一门复杂且具有深远影响的物理学理论，涉及到许多知识点。

在高三物理中，学生会学习一些相对论的基本概念和原理，如光速不变原理、时间相对性、长度收缩、质能关系等。

相对论力学也是一个重要的分支。

相对论不仅仅在物理学领域有应用，也在其他领域有广泛的应用。

第3、4节狭义相对论的其他结论 广义相对论简介1.光速是宇宙速度的极限，相对任何参考系光速都是一样的。

2．物体的质量随物体速度的增大而增大，质能方程：E ＝mc 2。

3．广义相对论的基本原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的；一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。

4．广义相对论的结论：光线在引力场中偏转；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差。

一、狭义相对论的其他结论 1．相对论速度变换公式(1)公式：设高速行驶的火车的速度为v ，车上的人以速度u ′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度u 为u ＝u ′＋v1＋u ′v c2。

(2)结论：光速c 是宇宙速度的极限，且相对任何参考系，光速都是一样的。

2．相对论质量(1)经典力学：物体的质量是不变的，一定的力作用在物体上产生一定的加速度，足够长时间后物体可以达到任意的速度。

(2)相对论：物体的质量随物体速度的增大而增大。

物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系是：m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，因为总有v ＜c ，可知运动物体的质量m 总要大于它静止时的质量m 0。

3．质能方程E ＝mc 2。

二、广义相对论简介1．超越狭义相对论的思考爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：(1)引力问题：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架。

(2)非惯性系问题：狭义相对论只适用于惯性参考系。

它们是促成广义相对论的前提。

2．广义相对性原理和等效原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的。

(2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。

3．广义相对论的几个结论 (1)光线经过强引力场发生弯曲。

(2)引力红移：引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现了差别。

而使矮星表面原子发光频率偏低。

1．自主思考——判一判(1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质能。

(×) (2)一定的质量总是和一定的能量相对应。

第十七章 相对论简介这一章介绍高速物体的运动规律和相对论的时空观。

这章的教学有两个特点。

第一，我们平时接触的都是低速运动，因此本章很多结论与日常经验不一致，难于接受。

第二，相对论的全面阐述要用到较多的高等数学知识，所以这章许多结论都是直接给出的。

相对论内容非常抽象，不易理解，但考纲对本章要求不高，只要记住结论就行。

知识网络本章概览选修3-4相对论简介 相对论的诞生：伽利略相对性原理狭义相对论的两个基本假设：狭义相对性原理；光速不变原理时间和空间的相对性：“同时”的相对性长度的相对性――20)(1cv l l -= 时间间隔的相对性――2)(1cv t -∆=∆τ 相对论的时空观狭义相对论的其他结论：相对论速度变换公式――21c v u v u u '+'=相对论质量――20)(1cv m m -=质能方程2mc E=广义相对论简介：广义相对性原理；等效原理 广义相对论的几个结论：物质的引力使光线弯曲引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别【教学要求】1．了解相对论的几个基本假设。

2．知道长度、时间的相对性。

3．初步了解相对论速度、质量变换公式。

4．了解爱因斯坦质能关系。

【知识再现】1．惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫做惯性系．相对于一个惯性系做 运动的另一个参考系也是惯性系． 2．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理： 。

(2)光速不变原理： 。

3．相对论质量物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系20)(1cv m m -=4．质能方程：E ＝mc 2知识点一狭义相对论的两个基本假设1．伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。

2．狭义相对性原理：在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的3．光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。

注意：光速与光源的运动和观察者无关。

高中物理相对论必背知识点相对论是现代物理学中的一项重要理论，对于高中物理学习者来说，相对论也是必须掌握的知识点之一。

下面将介绍一些高中物理相对论必背知识点，帮助同学们更好地理解和掌握这一重要的物理理论。

1. 相对论的概念相对论是由爱因斯坦在20世纪初提出的一种物理理论，主要包括狭义相对论和广义相对论两个部分。

狭义相对论主要研究高速运动的物体，提出了相对论性的时间、长度、动量等概念；广义相对论则是建立在引力理论的基础上，描述了引力场的性质和引力的作用机制。

2. 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理是相对性原理和光速不变原理。

相对性原理指出自然界的物理规律在所有惯性系中都成立，光速不变原理则规定光在真空中的速度是恒定不变的，与光源或观察者的运动状态无关。

3. 相对论性质的影响相对论性质主要表现在时间膨胀、长度收缩、物体质量增加等方面。

时间膨胀指运动时钟的时间比静止时钟慢，长度收缩则是指物体的长度在运动方向上会发生缩短，质量增加则是物体在高速运动下会增加其质量。

4. 质能关系相对论著名的质能关系公式为E=mc^2，其中E表示能量，m表示物体的质量，c表示光速。

这个公式揭示了质量和能量之间的等价性，也被称为质量-能量转化公式。

5. 相对论的实验验证相对论的理论预言已经在许多实验中得到验证，如光的双缝干涉实验、钟慢效应等都印证了相对论的正确性。

这些实验结果证实了相对论不仅仅是一种理论假设，而是真实的物理现象。

通过以上介绍的高中物理相对论必背知识点，相信同学们对相对论这一重要的物理理论有了更为清晰和深入的理解。

希望同学们在学习过程中能够认真掌握这些知识点，提高物理学习的水平，为未来的学习和研究奠定坚实的基础。

相对论的深入理解将有助于拓展学生的物理视野，并激发对物理学的兴趣和热情。

希望同学们能够善加利用这些知识点，不断提升自己的物理学习能力，为未来的发展打下坚实的基础。

相对论简介教学目的：1．了解相对论的诞生及发展历程2．了解时间和空间的相对性3．了解狭义相对论和广义相对论的内容教学重点：时间和空间的相对性、狭义相对论和广义相对论教学难点：时间和空间的相对性教学过程：一、狭义相对论的基本假设牛顿力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比）运动时总结出来的.对于微观粒子，牛顿力学并不适用，在这一章中我们还将看到，对于高速运动，即使是宏观物体，牛顿力学也不适用.19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入，人们认识到了光的电磁本质.我们已经知道，电磁波是以巨大的速度传播的，因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论的出现.相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑.经典的相对性原理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.我们引用伽利略的一段话，生动地描述了一艘平稳行驶的大船里发生的事情.“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方向用更多的力.你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同.当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动”通过这段描述以及日常经验，人们很容易相信这样一个论述：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.相对性原理可以有不同的表述.例如还可以表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的.在不同的参考系中观察，物体的运动情况可能不同，例如在一个参考系中物体是静止的，在另一个参考系中看，它可能是运动的，在不同的参考系中它们运动的速度和方向也可能不同.但是，它们在不同的惯性系中遵从的力学规律是一样的，例如遵从同样的牛顿运动定律、同样的运动合成法则……光速引起的困难自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后，物理学家们就在思考，这个速度是对哪一个参考系说的？如果存在一个特殊的参考系O，光对这个参考系的速度是c，另一个参考系O′以速度v沿光传播的方向相对参考系O运动，那么在O′中观测到的光速就应该是c-v，如果参考系O′逆着光的传播方向运动，在参考系O′中观测到的光速就应该是c+v.由于一般物体的运动速度比光速小得多，c+v和c-v与光速c的差别很小，在19世纪的技术条件下很难直接测量，于是物理学家们设计了许多巧妙的实验，力图测出不同参考系中光速的差别.最著名的一个实验是美籍物理学家麦克尔逊设计的.他把一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动的方向一致，另一束和地球运动的方向垂直，然后使它们发生干涉，如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化.由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响.但是，这个实验和其他实验都表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的.这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊，因为它和传统的观念，例如速度合成的法则，是矛盾的.狭义相对论的两个假设上面的矛盾使我们面临一个困难的选择：要么放弃麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存在.爱因斯坦选择了后者.他认为，既然在不同的惯性系中力学规律都一样，我们会很自然地想到，电磁规律在不同的惯性系中也是一样的，也就是说，并不存在某一个特殊参考系（例如地球参考系、太阳参考系，或者所谓的以太……）爱因斯坦把伽利略的相对性原理推广到电磁规律和一切其他物理规律，成为他的第一个假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.这个假设通常称为爱因斯坦相对性原理.另一条假设是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动没有关系.这个假设通常叫做光速不变原理.这两个假设似乎是麦克尔逊实验的直接结论，为什么还要叫做假设？这是因为，虽然实验表明了假设所说的内容，但这终归是有限的几次实验.只有在从这两个假设出发，经过逻辑推理（包括数学推导）所得出的大量结论都与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理.同时的相对性作为相对论的两个假设的直接推论，现在讨论“同时”的相对性，以体会相对论描述的世界和我们日常的经验有多大的差别.我们研究两个“事件”的同时性.在这里，“事件”可以指一个光子与观测仪器的碰撞，也可以指闪电对地面的打击，还可以指一个婴儿的诞生……假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶.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壁和后壁，这是两个事件.车上的观察者认为两个事件是同时的.在他看来这很好解释，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁（图甲）.车下的观察者则不以为然.他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁.他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些（图乙），这两个事件不同时.在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来一定也是同时的，这一点似乎天经地义，无需讨论.但是，如果接受了爱因斯坦的两个假设，我们自然会得出“同时是相对的”这样一个结论.为什么在日常生活中没有人觉察到这种相对性？原来，火车运动的速度远远小于光速，光从车厢中央传播到前后两壁的短暂时间内，火车前进不了多大距离，因此地面观察者不会发现闪光到达前壁、后壁的时间差.时间和空间的相对性时间间隔的相对性经典物理学认为，某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们发生的时间差，也就是它们的时间间隔，总是相同的.但是，从狭义相对论的两个基本假设出发，我们会看到，时间间隔是相对的.还以高速火车为例，假设车厢地板上有一个光源，发出一个闪光.对于车上的人来说，闪光到达光源正上方h高处的小镜后被反射，回到光源的位置（如图甲），往返所用的时间为△t′.对于地面的观察者来说，情况有所不同.从地面上看，在光的传播过程中，火车向前运动了一段距离，因此被小镜反射后又被光源接收的闪光是沿路径AMB传播的光（图乙）.如果火车的速度为v，地面观察者测得的闪光从出发到返回光源所用时间记为△t，那么应用勾股定理可得这又是一个令人吃惊的结论：关于闪光从光源出发，经小镜反射后又回到光源所经历的时间，地面上的人和车上的人测量的结果不一样，地面上的人认为这个时间长些.更严格的推导表明，（1）式具有普遍意义，它意味着，从地面上观察，火车上的时间进程变慢了，由于火车在运动，车上的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了：时钟走得慢了，化学反应慢了，甚至人的新陈代谢也变慢了……可是车上的人自己没有这种感觉，他们反而认为地面上的时间进程比火车上的慢，因为他们看到，地面正以同样的速度朝相反的方向运动！（１）式又一次生动地展示了时间的相对性.长度的相对性在这一小节中我们将要说明，高速火车上的一个杆，当它的方向和运动方向平行时，地面上的人测得的杆长要小于火车上的人测得的杆长！假设一个杆沿着车厢运动的方向固定在火车上，和车一起运动.在火车上的人看来，杆是静止的.他利用固定在火车上的坐标轴，测出杆两端的位置坐标，坐标之差就是他测出的杆长L′.地面上的人要利用固定在地面上的坐标轴，测出杆两端的位置坐标，坐标之差就是他测出的杆长L.可是，对于地面上的人，杆是运动的，要使这种测量有意义，他必须同时测出杆两端的位置坐标；如果在某一时刻测出杆一端的位置坐标，在另一时刻测出另一端的位置坐标，坐标之差就不能代表杆长了.火车上的人和地面上的人各自用上述方法测量随车运动的杆长，结果发现，L′＞L.他们两人的测量都是符合测量要求的，但测量结果不同，这跟同时的相对性有关.地面上的人认s为同时的两个事件（同时对A、B两端读数），火车上的人认为不是同时的.火车上的人认为，地面上的人对B端的读数早些，对A端的读数迟些，在这个时间内杆向前运动了一段距离，因而地面上的人测得的杆长比较短.（2）式具有普遍意义，也就是说，一个杆，当它沿着自身的方向相对于测量者运动时，测得的长度比它静止时的长度小，速度越大，差别也越大.这就是我们所说的空间的相对性.当杆沿着垂直于自身的方向运动时，测得的长度和静止时一样.可以想像这样一幅图景：一列火车以接近光的速度从我们身边飞驶而过，我们感到车厢变短了，车窗变窄了……火车越快，这个现象越明显，但是车厢和车窗的高度都没有变化.车上的人有什么感觉呢？他认为车上的一切都和往常一样，因为他和火车是相对静止的.但是，他却认为地面上的景象有些异常：沿线的电线杆的距离变短了，面对铁路线的正方形布告牌由于宽度变小而高度未变竟成了窄而高的矩形……时空相对性的实验验证从（l）、（2）两式可以看到，只有当两个参考系的相对速度可与光速相比时，时间与空间的相对性才比较明显.目前的技术还不能使宏观物体达到这样的速度，但是随着对微观粒子研究的不断深入，人们发现，许多情况下粒子的速度会达到光速的90％以上，时空的相对性应该是不可忽略的.事实正是如此.时至今日，不但狭义相对论的所有结论已经完全得到证实，实际上它已经成为微观粒子研究的基础之一.时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关（1941年）.宇宙线是来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，它和高层大气作用，又产生多种粒子，叫做次级宇宙线，它们统称宇宙线.次级宇宙线中有一种粒子叫做μ子，寿命不长，只有 3.0μs，超过这个时间后大多数μ子就衰变为别的粒子了.宇宙线中μ子的速度约为0.99c，所以在它的寿命之内，运动的距离只有约890m.μ子生成的高度在100km以上，这样说来宇宙线中的μ子不可能到达地面.但在实际上，地面观测到的宇宙线中有许多μ子，这只能用相对论来解释.我们说μ子的寿命为 3.0μs，这是在与它相对静止的参考系中说的.从地面参考系看，μ子在以接近光速的速度运动，根据（l）式，它的寿命比3.0μs长得多，在这样长的时间内，许多μ子可以飞到地面.如果观察者和μ子一起运动，这个现象也好解释.这位观察者看到，μ子的寿命仍是3.0μs，但是大地正向他扑面而来，因此大气层的厚度不是100km，由于长度的相对性，在他看来大气层比100km薄得多，许多μ子在衰变为其他粒子之前可以飞过这样的距离.相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的.当时把铯原子钟放在喷气式飞机上作环球飞行，然后与地面上的基准钟对照.实验结果与理论预言符合得很好.相对论的时空观什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面回答.但是从它对问题的处理上，我们体会到，经典物理学认为空间好像一个大盒子（一个没有边界的盒子），它是物质运动的场所.至于某一时刻在某一空间区域是否有物质存在，物质在做什么样的运动，这些对于空间本身没有影响，就像盒子里是否装了东西对于盒子的性质没有影响一样.时间与此相似，它在一分一秒地流逝，与物质的运动无关.换句话说，经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的.相对论则认为有物质才有空间和时间，空间和时间与物质的运动状态有关.前面已经看到，在一个确定的参考系中观察，运动物体的长度（空间距离）和它上面物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关.我们生活在低速运动的世界里，因此自然而然地接受了经典的时空观，过去谁都未曾有意识地考虑过空间与时间的性质.只有当新的实验事实引出的结论与传统观念不一致时，人们才回过头来认真思考过去对于空间和时间的认识.科学的发展和人对于自然界的认识就是这样一步一步地前进的.新科学没有全盘否定经典物理学，经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实践的检验.虽然相对论更具有普遍性，但是经典物理学作为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用.狭义相对论的其他三个结论我们不做推导而直接引入狭义相对论的三个重要结论.相对论速度叠加公式仍以高速火车为例.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为如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则u′取负值.这两个速度的方向垂直或成其他角度时，（1）式不适用，这种情况不做讨论.按照经典的时空观，u=u′+v.而从（1）式来看，实际上人对地面的速度u比u′与v之和要小，不过只有在u′和v的大小可以与c相比时才会观察到这个差别.从（1）式还可以看出，如果u′和v都很大，例如十分接近光速，它们的合速度也不会超过光速，也就是说，光速是速度的极限.此外，当u′=c时，不论v取什么值，总有u=c，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的，这和相对论的第二个假设一致.相对论质量按照牛顿力学，物体的质量是不变的，因此一定的力作用在物体上，产生的加速度也是一定的，这样，经过足够长的时间以后物体就可以达到任意大的速度.但是相对论的速度叠加公式告诉我们，物体的运动速度不能无限增加.这个矛盾启发我们思考：物体的质量是否随物体的速度而增大？严格的论证证实了这一点.实际上，物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m之间有如下关系：微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于静止质量，这个现象必须考虑.例如，回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后质量增大，因此做圆周运动的周期变大，它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步，所以回旋加速器中粒子的能量受到了限制.质能方程相对论另一个重要结论就是大家已经学过的爱因斯坦质能方程：E = mc（3）2它表达了物体的质量和它所具有的能量的关系.物体运动时的能量E和静时有以下近似关系于是知道：这就是过去熟悉的动能表达式.这个结果又一次让我们看到，牛顿力学是相对论力学在v<<c时的特例.。