5.1電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問(wèn)題5.2狹義相對(duì)論的基本原理學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道經(jīng)典的相對(duì)性原理，知道狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和它的兩個(gè)基本假設(shè).(重點(diǎn))2.知道狹義相對(duì)論的幾個(gè)主要結(jié)論.(重點(diǎn))3.了解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的主要區(qū)別，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響.4.狹義相對(duì)論兩個(gè)基本假設(shè)的理解與應(yīng)用.(難點(diǎn))電磁場(chǎng)理論引發(fā)的怪異問(wèn)題1.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)(1)經(jīng)典物理的速度合成公式Vuv.(2)1886年邁克耳孫和莫雷利用可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)等裝置，在水平面內(nèi)不同的方位觀察干涉條紋并沒(méi)有預(yù)期的移動(dòng).“以太漂移的零結(jié)果”表明：光在任何方向上傳播時(shí)相對(duì)地球的速度都是相同的.即光速是不變的.2.伽利略相對(duì)性原理(1)內(nèi)容：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是等價(jià)的.(2)在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷這個(gè)慣性參考系是否相對(duì)于另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng).1.牛頓定律在慣性系中都成立.()2.經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，時(shí)間和空間是不能脫離物質(zhì)而存在的.()3.邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)尋找“以太”取得了成功.()牛頓定律在任何參考系中都成立嗎？【提示】不一定.在慣性系中都成立，在非慣性系中牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立.1.慣性系和非慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系，相對(duì)于這個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系.牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系稱為非慣性系.2.伽利略相對(duì)性原理力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的，即任何慣性參考系都是平權(quán)的.3.相對(duì)性原理與電磁規(guī)律根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，真空中的光速在任何慣性系中都是一個(gè)常量，但是按照伽利略的相對(duì)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(shí)驗(yàn)證明：不論光源和觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是相同的.1.下列說(shuō)法正確的是()A.物理基本規(guī)律在所有慣性系中都是等價(jià)的B.在真空中，光的速度與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)C.在不同的慣性系中，在不同方向上光速大小不同D.在所有慣性系中，光在真空中沿任何方向傳播的速度都相同E.經(jīng)典力學(xué)規(guī)律適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體【解析】根據(jù)相對(duì)性原理知，物理規(guī)律在所有慣性系中都是等價(jià)的，A正確；根據(jù)光速不變?cè)碇珺、D正確；根據(jù)邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，C錯(cuò)誤；經(jīng)典力學(xué)只適用于低速和宏觀物體，E錯(cuò)誤.【答案】ABD2.如圖511所示，在列車(chē)車(chē)廂的光滑水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m5 kg的小球，正隨車(chē)廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn)，現(xiàn)在給小球一個(gè)水平向前的F5 N的拉力作用，求經(jīng)10 s時(shí)，車(chē)廂里的觀察者和地面的觀察者看到小球的速度分別是多少？圖511【解析】對(duì)于車(chē)上的觀察者：小球的初速度v00，加速度a1 m/s210 s時(shí)速度v1at10 m/s.對(duì)于地上的觀察者：方法一：小球初速度v020 m/s加速度a1 m/s210 s末速度v2v0at30 m/s.方法二：根據(jù)速度合成法則v2v1v0(1020) m/s30 m/s.【答案】10 m/s30 m/s慣性系與非慣性系的區(qū)分1.牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系叫慣性系.以勻速直線運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)、輪船等作為參考系就是慣性系.2.牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能成立的參考系稱為非慣性系.例如，我們坐在加速的車(chē)廂里時(shí)，以車(chē)廂為參考系觀察路邊的樹(shù)木、房屋，它們向后方加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，房屋樹(shù)木應(yīng)該受到不為零的合外力作用，但事實(shí)上卻沒(méi)有，也就是說(shuō)牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立.這里加速的車(chē)廂就是非慣性系.狹義相對(duì)論基本原理1.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)狹義相對(duì)性原理：在所有相互做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中，物理規(guī)律都是相同的.(2)光速不變?cè)恚涸谒邢嗷プ鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中，光在真空中的速度都是相等的.2.“同時(shí)”的相對(duì)性(1)絕對(duì)時(shí)空觀：在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的，即時(shí)間是絕對(duì)的.(2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“同時(shí)”具有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察可能是不同時(shí)的.1.靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系是慣性系.( )2.由于在任何慣性系中力學(xué)規(guī)律都是相同的，因此，研究力學(xué)問(wèn)題時(shí)可以選擇任何慣性系.( )3.在不同的慣性系中，光速是不相同的.()飛船在高空以0.1c的速度向目標(biāo)飛行，在飛船上向目標(biāo)方向發(fā)射一個(gè)光信號(hào)，則在地面的觀察者看來(lái)光信號(hào)的速度是1.1c嗎？【提示】由經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理可知，光信號(hào)相對(duì)地面的速度vc0.1c1.1c，但這一結(jié)論是錯(cuò)誤的.根據(jù)狹義相對(duì)論的假設(shè)，真空中的光速相對(duì)于飛船為c，相對(duì)于地面也為c，對(duì)不同慣性參考系是相同的.1.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)第一個(gè)假設(shè)：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，即自然界不存在特殊的慣性參考系，對(duì)于一切物理現(xiàn)象的描述來(lái)說(shuō)，所有慣性系都是等效的.(2)第二個(gè)假設(shè)：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，與光源的運(yùn)動(dòng)和觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān).2.對(duì)狹義相對(duì)論兩個(gè)假設(shè)的理解(1)愛(ài)因斯坦提出了兩條基本假設(shè)是相對(duì)論的基礎(chǔ)，對(duì)同時(shí)的相對(duì)性等經(jīng)典力學(xué)所無(wú)法解決的問(wèn)題，應(yīng)緊緊地抓住兩條基本假設(shè)這一關(guān)鍵點(diǎn).(2)真空中對(duì)不同的慣性參考系來(lái)說(shuō)，光速都是相同的.(3)經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論是有一定局限性的，一般只適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng).3.經(jīng)典理論與相對(duì)論的比較力學(xué)的相對(duì)性原理指的是力學(xué)現(xiàn)象對(duì)一切慣性系來(lái)說(shuō)，都遵從同樣的規(guī)律；或者說(shuō)，在研究力學(xué)規(guī)律時(shí)，一切慣性系都是等價(jià)的、平權(quán)的.因此，無(wú)法借助力學(xué)實(shí)驗(yàn)的手段確定慣性系自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).而狹義相對(duì)論指的是物理定律在所有慣性系中都是相同的，因此，各個(gè)慣性系都是等價(jià)的，不存在特殊的絕對(duì)的慣性系.因此，狹義相對(duì)論原理所指范圍更大，內(nèi)容更豐富.3.關(guān)于狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是()A.在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B.在不同的慣性參考系中，力學(xué)規(guī)律都一樣，電磁規(guī)律不一樣C.真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的D.真空中的光速在不同的慣性參考系中是有差別的E.光速的大小與光源的運(yùn)動(dòng)和觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)【解析】狹義相對(duì)論的基本假設(shè)有兩個(gè)，分別是愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理和光速不變?cè)?選項(xiàng)A、C正確.根據(jù)光速不變?cè)?，E正確.【答案】ACE4.火箭以0.75c的速度離開(kāi)地球，從火箭上向地球發(fā)射一個(gè)光信號(hào).火箭上測(cè)得光離開(kāi)的速度是c，根據(jù)過(guò)去熟悉的速度合成法則，光到達(dá)地球時(shí)地球上測(cè)得的光速是多少？根據(jù)狹義相對(duì)性原理呢？【解析】根據(jù)過(guò)去熟悉的速度合成法則，光相對(duì)于地球的速度是：vc0.75c0.25c.而根據(jù)狹義相對(duì)性原理，光速與光源、觀察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系，光速仍為c.【答案】0.25cc求解狹義相對(duì)論有關(guān)問(wèn)題的技巧1.愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理：對(duì)不同的慣性系，物理規(guī)律(包括力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等)都是一樣的.2.光速不變?cè)恚涸谌魏螒T性系中，光在真空中的速度恒為c，與光源的運(yùn)動(dòng)和觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān).在此基礎(chǔ)上相關(guān)問(wèn)題就會(huì)迎刃而解了.