2017_2018学年高中物理第6章相对论与天体物理章末小结与测评教学案鲁科版选修3_420180202183高品质版.docx

第 6 章 相对论与天体物理 狭义相对论 狭义相对论的基本原理。 狭义相对性原理：物理规律 ( 力学、电磁学、光学 ) 等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。 t ′ (3) 时间的相对性：运动的时钟变慢： t ＝ v 2。 1－ c 2 长度的相对性：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。公式 为 l ＝ l 0 v2 1－ 2。 c u′＋ v (5) 相对论的速度叠加： u＝ vu′ 1＋ c2 1．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以 0.60 c 的速率向东飞行， 5.0 s 后该飞船 将与一个以 0.80 c 的速率向西飞行的彗星相碰撞，试问： 飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？ 从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线以避免与彗星碰撞？ 解析： (1) 这是一个相对论速度变换问题。取地球为 s 系，飞船为 s′系，向西为正向， 则 s 系相对 s′系的速度 v＝0.60 c，彗星相对 s 系的速度 ux＝ 0.80 c， 由速度变换可得 x ux＋ v u ′＝ vux＝ 0.946 c 1＋ c2 即彗星以 0.946 c 的速率向飞船靠近。 由时间间隔的相对性有 t ′ ＝ 5.0 s t ＝ v 1－ 2 c 解得 t ′＝ 4.0 s 答案： (1)0.946 c (2)4.0 s 广义相对论 1．广义相对论的基本原理 广义相对性原理：在任何参考系 ( 包括非惯性系 ) 中物理规律都是相同的。 等效原理：匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分。 2．广义相对论的时空结构——弯曲时空 引力场中，时钟变慢。 在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了弯曲。 2．以下说法中正确的是 ( ) A．矮星表面的引力很强 B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得慢些 C．在引力场越弱的地方，物体长度越长 D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移 解析：因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星表面引力很强， A 对；根据广义相对论 的结论，引力场越强，时间进程越慢，在垂直引力方向上长度变短，而引力方向上没有这种 效应，所以 B、 C 错；在引力场强的地方，光谱线向红端偏移，称为引力红移， D 错。 答案： A ( 时间： 60 分钟 满分： 100 分 ) 一、选择题 ( 共 8 小题，每小题 6 分，共 48 分，每小题只有一个选项正确。 ) 1．关于相对论的下列说法，正确的是 ( ) A  ．狭义相对论只研究力学规律 B．狭义相对论只研究惯性系 C．广义相对论的等效原理是指惯性系和非惯性系等效 D．强引力可导致光线和空间弯曲是狭义相对论的结论 解析：选  B  根据狭义相对论和广义相对论的原理知，  B 项正确。 2．如图  1 所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔  A、B 和  C。假想有一列车沿  AC 方向以接近光速行驶，当铁塔 B发出一个闪光，列车上的观测者测得 A、 C两铁塔被照亮的 顺序是( ) 图  1 A．同时被照亮  B．A 先被照亮 C． C先被照亮  D ．无法判断 解析：选  C 因列车沿  AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件 先发生，后边的事件后发生可知 C先被照亮，答案为 C。 3．坐在做匀速直线运动的公共汽车上的售票员，观察到车的前、后门是同时关上的， 地面上的观察者观察到的是  (  ) A．同时关上  B ．前门先于后门关上 C．后门先于前门关上  D ．不能确定 解析：选 C 由于车是运动的，后门的光先于前门的光传至观察者，因此地面上的人先 看到后门关上。 4．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运动，其内站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．这个人瘦但不高  B ．这个人矮但不胖 C．这个人是个瘦高个儿  D ．这个人是个矮胖子 解析：选 A 由狭义相对论知在运动方向上长度变短，在垂直运动方向上长度不变，故 项正确。 5． A、B 两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且 vA＞ vB，在飞机 上的人观察结果正确的是 ( ) A． A飞机上的人观察到足球场的长度比 B 飞机上的人观察到的大 B． A飞机上的人观察到足球场的宽度比 B 飞机上的人观察到的小 C．两飞机上的人观察到足球场的长度相同 D．两飞机上的人观察到足球场的宽度相同 解析：选 D 因为当一个惯性系的速度比较大时， 根据 l ＝ l v 2 0 1－ c 知，沿飞行方 向长度减小，而且速度越大，长度越小，故 A、 C