2018_2019学年高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界学案鲁科版必修2.doc

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PAGE PAGE 1 第1节 高速世界 学习目标 核心提炼 1.知道狭义相对论的两个基本原理。 2.了解时间的延缓效应和长度的收缩效应。 3.知道质速关系和质能关系。 4.了解广义相对论的内容。 2个基本原理——相对性原理、光速不变原理 2个效应——时间延缓效应、长度收缩效应 2个关系——质速关系、质能关系 一、两个基本原理和两个效应 阅读教材第110~114页的内容,了解高速世界的“两个基本原理”和“两个效应”。 1.两个基本原理 (1)相对性原理:所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。 (2)光速不变原理:在一切惯性参照系中,测量到的真空中的光速c都一样(c=3×108 m/s)。 2.两个效应 (1)时间延缓效应 ①在相对论时空观中,高速运动的时钟比静止的时钟走得慢。 ②关系式:Δt=eq \f(Δt′,\r(1-\f(v2,c2))),Δt为运动时间,Δt′为静止时间。 (2)长度收缩效应 ①在相对于物体运动着的惯性系中沿运动方向测出的物体长度,比在相对静止的惯性系中测出的长度短。 ②关系式:l′=leq \r(1-\f(v2,c2))。 思维拓展 我们平时为何观察不到长度收缩效应呢? 答案 根据长度收缩效应表达式l′=l eq \r(1-\f(v2,c2)),因为我们生活在低速世界中,v?c,l′近似等于l,故此现象不明显。 二、质速关系 质能关系 时空弯曲 阅读教材第114~118页的内容,了解质速关系、质能关系和时空弯曲,能应用相对论知识解释简单的现象。 1.质速关系 当物体在所处的惯性参考系静止时,质量m0最小,称为静止质量。当物体相对于某惯性系以速度v运动时,在此惯性系内观测它的质量m=eq \f(m0,\r(1-\f(v2,c2))),物体的质量随速度的增大而增大。在低速运动中,质量的变化可以忽略不计。 2.质能关系 按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E=mc2,称为质能关系式。物质的质量减少或增加时,必然伴随着能量的减少或增加,其关系为ΔE=Δmc2。 3.时空弯曲 爱因斯坦的理想实验: (1)科学预言:加速运动能使光线弯曲,引力也能使光线弯曲。在宇宙中,物质质量大、密度高的区域时空弯曲大;物质稀少的地方,时空弯曲小。 (2)实验验证:恒星的光线在太阳附近弯曲的数值,与广义相对论的理论预言相当吻合。 (3)进一步推理:光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲。引力不但影响空间,而且影响时间即时空弯曲。 惯性系内观测它的质量m=eq \f(m0,\r(1-\f(v2,c2))),物体的质量随速度的增大而增大。在低速运动中,质量的变化可以忽略不计。 思考判断 (1)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。(  ) (2)爱因斯坦质能关系式E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比。(  ) (3)时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。(  ) 答案 (1)× (2)√ (3)×  对“两个基本原理”和“两个效应”的理解 [要点归纳] 1.两个基本原理 (1)相对性原理:物理学定律与惯性系的选择无关。 (2)光速不变原理:不管光源与观察者的相对运动如何,在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的光速都是相等的。 2.两个效应 (1)时间延缓效应:爱因斯坦曾预言,两个校准好的钟,当一个沿闭合路线运动返回原地时,它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验证实。在相对论时空观中,运动时钟时间与静止时钟时间的关系:Δt=eq \f(Δt′,\r(1-\f(v2,c2)))。由于vc所以ΔtΔt′,即运动的钟比静止的钟走得慢。这种效应被称为时间延缓。 (2)长度收缩效应:按照狭义相对论时空观,空间也与运动密切相关,即对某物体空间广延性的观测,与观测者和该物体的相对运动有关。观测长度l′与静止长度l之间的关系:l′=leq \r(1-\f(v2,c2)),由于vc,所以l′l。这种长度观测效应被称为长度收缩。 [精典示例] [例1] (多选)一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶,车厢中央有一个光源发出了一个闪光,闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的是(  ) A.车上的观察者认为两个事件是同时的 B.车上的观察者认为光先到达后壁 C.地面上的观察者认为两个事件是同时的 D.地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些 解析 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,A对。地面上的观察者认为地面是一个惯性系,闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的,但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,到达前壁的时间也就晚些,故D也对。 答案 AD 理解相对论效应的两点注

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