互动课堂

疏导引导

1.狭义相对论的两个假设

(1)爱因斯坦相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.

(2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都相同.

这两个假设是麦克尔逊的直接结论,但由于是有限的几次实验的结论,还要大量的实验来证明,还要经过逻辑推理的大量推论来验证才能成为真正的原理.

2.两个相对性原理的区别

对于伽利略相对性原理来说,参考系中的坐标单位与参考系的运动无关;参考系中的时间与参考系的运动无关.其速度合成规律应满足v=v′+u,v′是某个惯性系相对另一个惯性系的速度,u是物体相对某个惯性系的速度,那么,物体相对另一个惯性系的速度为v=v′+u.以此类推,若u是光速c,则在某个惯性系的光速相对于另一个惯性系的速度为v=v′+c.那么,光速是可以变大或变小的(在真空中).对于狭义相对论的相对性原理来说,力学规律对惯性系来说都是相同的,但是光速是不变的.由于光速是不变的,造成了与经典理论一些不同的结论.这些结论在低速的世界里是不易搞清的,但从天体的物理现象中却得到了证实.

活学巧用

1.下列几种说法:

(1)所有惯性系统对物理基本规律都是等价的.

(2)在真空中,光的速度与光的频率、光源的运动状态无关.

(3)在任何惯性系中,光在真空中沿任何方向的传播速度都相同.

其中哪些说法是正确的( )

A.只有(1)(2)是正确的 B.只有(1)(3)是正确的

C.只有(2)(3)是正确的 D.三种说法都是正确的

思路解析:狭义相对论认为:物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同,但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的,即(1)(2)都是正确的.光速不变原理认为:光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的.

答案:D

2.证明光速不变原理.

思路解析:设在K系中有一束光沿某一方向(这里不妨取x轴方向)以速度c传播,即vλ=c,则按洛伦兹速度变换公式.此光束在K′中的传播速度为vλ′=,亦即在别的惯性系中观察到真空中的光速亦为c,符合光速不变原理.