高三物理一轮复习必备精品相对论doc高中物理

2022届高三物理一轮复习必备精品相对论课程内容标准：（1）知道狭义相对论的实验根底、根本原理和主要结论。www.canpoint.cn（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。（3）初步了解广义相对论的几个主要观点www.canpoint.cn以及主要观测证据。（4）关注宇宙学研究的新进展。复习导航相对论是高中教材中的新内容，其目的是要让学生了解相对论，了解两种时空观，考试的重点尖在概念的了解和掌握，计算的内www.canpoint.cn容应局限在公式的简单应用1．知道同时的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性。2．知道相对论速度叠加规律。3．知道相对论质能关系。4．通过实例，了解时间和空间的相对性，体会相对论时空观与低速世界情境的差异。第1课时相对论简介1、高考解读真题品析知识：爱因期坦相对论例1．www.canpoint.cn（2022年江苏）（1）如图甲所示，强强乘电梯速度为0.9（为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5，强强向壮壮发出一束光进展联络，那么壮壮观测到该光束的传播速度为。（填写选项前的字母）（A）0.4c（B）0.5c（C）0.9c（D）1.0c解析：（1）根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变。D项正确11/11\n答案：D点评：光速不变原理热点关注：知识：质量的相对性、长度的相对性例2．某人测得一静止棒长www.canpoint.cn为l、质量为m，于是求得此棒的线密度为，假定此棒以速度v在棒长方向上运动，此人再测棒的线密度应为多少，假设棒在垂直长度方向上运动，它的线密度又为多少?解析：这里包含有两个相对论效应：（1）沿棒长方向运动时的“长度收缩”效应；（2）运动物体的“质速关系”。假设棒（K系）以速度v相对观察者（K′系）沿棒长方向（x轴）运动，静止棒长l是固有长度，所以，运动长www.canpoint.cn度为，运动质量那么线密度：假设棒在垂直长度方向上运动时，长度不变，即l”=l，运动质量仍为②式所示，那么线密度：www.canpoint.cn答案：   点评：长度的相对性：；相对论质量：2、知识网络考点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。考点2．狭义相对论的两个根本假设：（1）狭义相对性原理：在不同的惯性系www.canpoint.cn中，一切物理规律都是相同的。11/11\n（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。考点3．时间和www.canpoint.cn空间的相对性：（1）“同时”的相对性：“同时”是相对的。在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同时”。（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。即式中l，是与杆相对运动的人观察到的杆长，l0是与杆相对静止的人观察到的杆长注意：①在垂直于运www.canpoint.cn动方向上，杆的长度没有变化。②这种长度的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与他们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了。（3）时间间隔的相对性：从地面上观察，高速运动的飞船上时间进程变慢，飞船上的人那么感觉地面上的时间进www.canpoint.cn程变慢。Δt=式中是与飞船相对静止的观察者测得的两事件的www.canpoint.cn时间间隔，是地面上观察到的两事件的时间间隔。11/11\n（4）相对论的时空观：经典物理学认为，时间和空间是脱离物质而独立存在的，是绝对的，二者之间也没有联系；相对论那么认为时间和空间与物质的运动状态有关，物质、时间、空间是严密联系的统一体。www.canpoint.cn考点4．狭义相对论的其他结论：（1）相对论速度变换公式：式中v为高速火车相对地的速度，u′为车上的人相对于车的速度，u为车上的人相对地面的速度。对于低速物体u′与v与光速相比很小时，根据公式u=可知<<c，这时u≈，这就是经典物理学www.canpoint.cn的速度合成法那么。对于高速物体u′与v与光速相等时，即u′=c，不管v如何取值，在什么参考系中观察，光速都是c。注意这一公式仅适用于u′与v在一直线上的情况，当u′与v相反时，u′取负值（2）相对论质量：www.canpoint.cn式中m0为物体静止时的质量，m为物体以速度v运动时的质量，由公式可以看出随v的增加，物体的质量随之增大。（3）质能方程：考点5．广义相对论www.canpoint.cn简介：11/11\n（1）广义相对论的两个根本原理：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www.canpoint.cn个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。（2）广义相对论的几个结论：①物质的引力使光线弯曲。②引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差异3、复习方案根底过关重难点：例3．在狭义www.canpoint.cn相对论中，以下说法正确的有（   ）   A.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   B.质量、长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态有关   C.时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关   D.在某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解析：根据狭义相对论，光速是速度的极限值，所以A正确；根据狭义相对论，长度、质量、时间间隔都与运动状态有关，且都给出了具体的速度公式，所以B对，C错；同时是相对的，D错。正确选项为A、B。答案：AB  www.canpoint.cn点评：正确识记、理解狭义相对论的内容典型例题：例4．某物体的速度使其质量增加10％，那么此物体在其运动方向上缩短了（   ）A.10％   B.90％   C.     D. www.canpoint.cn11/11\n解析：由相对论知=110％，又根据尺缩效应公式知故答案：D点评：质量相对性、长度的相对性www.canpoint.cn第2课时相对论单元测试1．在狭义相对论中，以下哪些说法是正确的（）（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www.canpoint.cn的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变的（3）惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些。（）A．（1）（3）是正确的B．（1）（2）是正确的C．（1）（2）（3）是正确的D．（2）（3）是正确的2．关于质量和长度以下说法中正确的选项是()A．物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物质本身属性B．物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度较低的情况下，忽略变化不计C．物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性D．物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低的情况下，忽略变化不计3．用相对论的观点判断www.canpoint.cn以下说法是否正确（）11/11\nA．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10km/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10km/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4．1905年爱因斯坦提www.canpoint.cn出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条根本假设为前提的，这两条根本假设是（）A、同时的绝对性与同时的相对性B、运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C、时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D、相对性原理与光速不变原理5．以下说法中正确的选项是（  ）   A.伽利略相对性原理指出：对于力学规律来说，一切惯性系都是等价的   B.狭义相对论的两个www.canpoint.cn假设是爱因斯坦相对性原理和光速不变原理   C.爱因斯坦相对性原理指在所有做匀速直线运动的参考系中物理规律都是相同的   D.广义相对论的两条原理是广义相对性原理和等效原理6．关于爱因斯坦质能方程以下说法中正确的选项是（ ）   A.E=mc2中的E是物体以光速c运动的动能   B.E=mc2是物体的核能   C.E=mc2是物体各种形式能的总和   D.由ΔE=Δmc2，在核反响中，亏损的质量Δm转化成能量AE放出7．以下说法正确的选项是（）A．地面上静止的人www.canpoint.cn观察一条沿自身长度方向高速运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小B．光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是不相同的C．如果测量到来自遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发光的波长长，这说明该星系正在靠近我们www.canpoint.cn而来D．在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了；火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化11/11\n8．一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，假设都被加速到接近光速；在我们的静止参考系中进展测量，哪辆车的质量将增大（）A.摩托车B.有轨电车C.两者都增加D.都不增加9．世界上有各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟、光钟和生物钟。既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢。这种说法是（）A.正确B.错误C.假设变www.canpoint.cn慢那么变慢的程度相同D.假设变慢那么与钟的种类有关系10．s系中的观察者在z轴上相距1m的两点各固定一个火花塞，在S′系的x′轴上固定一根长刻度尺。当长刻度尺经过两火花塞时，S系中的观察者使两火花塞同时放出火花，并在长刻度尺上分别打出烙印。S′系中的观察者看到刻度尺上两烙印之间的距离是（S′系沿x轴运动的速度是v）（）A.1mB.C.D.11．“世界物理年”决议的作出是与爱因斯坦的相对论时空观有关．一个www.canpoint.cn时钟，在它与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如以下图．由此可知，当时钟和观察者的相对速度到达0.6c(c为真空中的光速）时，时钟的周期大约为_____________．在日常生活中，我们无法觉察时钟周期的变化的现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度__________________。假设在高速运行的飞www.canpoint.cn船上有一只表，从地而上观察，飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变_________________（填“快”或“慢”）了．12．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_____________________．xyOllAxyOllBxyOllCxyOllD13．⑴设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍．那么粒子运动时的质量等于其静止质量的倍，粒子运动速度是光速的多少倍。14．假设宇宙飞船从地球射出，沿直线到达月球，距离是3.84×l08m。它的速度在地球上被测得为0.30c，根据地球上的时钟，这次旅行要用多长时间?根据宇宙飞船所做的测量。地球和月球的距离是多少?怎样根据这个www.canpoint.cn算得的距离，求出宇宙飞船上时钟所读出的旅行时间?11/11\n15．两艘宇宙飞船相对某遥远www.canpoint.cn的恒星以0.8c的速率向相反方向移开，试用速度变换法那么证明，两飞船的相对速度是。16．证明：此题中两飞船的运动方向相反www.canpoint.cn17．如图，设惯性系K′相对于惯性系K以匀速v=c/3沿x轴方向运动。在K′系的x′y′平面内静置一长为5m，与x′轴成300角的杆。试问：在K系中观察到此杆的长度和杆与x轴的夹角为多大?www.canpoint.cn18．设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：（1）飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动?（2）从飞船中www.canpoint.cn的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以防止与彗星碰撞?相对论单元测试1．C2．BD3．CD4．D5．ABCD6．D7．AD8．B   解析：在相对论中，普遍www.canpoint.cn存在一种误解，即认为运动物体的质量总是随速度增加而增大；当速度接近光速时，质量要趋于无穷大。正确的理解是：物体质量增大只是发生在给它不断输入能量的时候，而不一定是增加速度的时候。对有轨电车，能量通过导线，从发电厂源源不断输入；而摩托车的能量却是它自己带来的。能量不断从外界输入有轨电车，但没有能量从外界输给摩托车。能量与质量相对应，所以有轨电车的质量将随速度增加而增大，而摩托车的质量不会随速度的增加而增大。9．AC   解析：将不同类型的两架钟调整到相同速度，并将它们密封在一个盒子中，再让该盒子做匀速运动。如果运动对一架钟的影响比另一架大，那么坐在盒子里的人就能看到两架钟的差异，因而可以知道盒子是在运动。显然这违反了相对论的根本原理：一个密闭的盒子中的人是无法识别自己是处于静止还是处于匀速直线运动状态的。所以一架钟变慢时，所有钟必须都变慢，且变慢的程度一定www.canpoint.cn严格相同。10．C11/11\n解析：设地面上的人测得两烙印的长度为l=1m，S′系中的观察者测得l′，那么根据尺缩效应知，故11．(2.5s;太小；)；（慢)12．答：C；www.canpoint.cn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图像正确；13．答：k；解析：粒子以速度v运动时的能量E=mc2，静止时的能量为E0=m0c2，依题意E=kE0，故m=km0；由，解www.canpoint.cn得14.答案：4.27s；；4.07s解析：从地球上看，旅行所需时间跟据飞船的测量，由相对论得www.canpoint.cn那么飞船上的时钟所读出的旅行时间15．4.27s    3.66×108m     4.07s解析：设地球和月球位于Kwww.canpoint.cn系x轴，地球于O、月球于L0处，飞船为K′系，相对K系以速度v沿x轴正向运动。地球上的时钟显示的旅行时间为Δt=L0/v≈4.27s在飞船上测量地、月距离L时，K系的www.canpoint.cnL0是固有长度，由“长度收缩”效应：≈3.66×108m飞船上的时钟显示的旅行时间为Δt′=L/v≈4.07sΔt′＜Δt，即“动钟变慢”，对于飞船而言，“离开地球”和“到达月球”两事件都发生在飞船上，所以飞船时钟显示的时间间隔是“固有时”。11/11\nwww.canpoint.cn16．设恒星为K系，飞船A为K′系，并沿x轴正方向运动，取飞船B为研究对象，沿x轴负方向运动。   飞船B在K′系中的速度为=   问题得证。17．解析：设杆固有长度为l0，在K′系中，x′方向：l0x=l0cosα′，y′方向：l0y=l0sina′，由长度的相对性得x′方向：www.canpoint.cny′方向：ly=l0y=l0sina′。因此在K系中观测时：www.canpoint.cn代入数据解得：l=4.79m；a=31.490可见，长度不但缩短，空间方位也要变化。答案：4.79m       31.490 18．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，向东为x轴正向。那么S′系相对S系的速www.canpoint.cn度v=0.60c，彗星相对S系的速度ux=－0.80c。由速度变换可得所求结果。结果www.canpoint.cn即彗星以0.946c的速率向飞船靠近。（2）由时间www.canpoint.cn间隔的相对性有=5.0s            解得=4.0s。答案：（1）－0.946c    （2）4.0s11/11