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5.2《了解相对论（选学）》学案

课程导学：

上节课学习的是经典力学的成就与局限性，认识到经典力学在解决微观世界以及高速运动物体所遇到的困难，为了解决上述问题，出现了新的理论相对论。对于本节的学习，要重点把握狭义相对论的几个效应。

学习点拨：

1.经典力学的时空观

（1）概述：绝对的真实的数学时空观，时间、空间与物质及其运动完全无关，时间就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变。这就是经典力学的时空观，也称为绝对时空观。

（2）几个具体结论：a.同时的绝对性；b.时间间隔的绝对性；c.空间距离的绝对性。

2.相对论时空观

（1）狭义相对论的两个假设：a.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；b.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，这是爱因斯坦在前人的实验基础上提出的假设，这两个假设就是狭义相对论的基础。

（2）狭义相对论的几个结论：

a.运动的尺子缩短，一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短，即运动的尺子要缩短。即。

b.运动的时钟变慢，时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟要变慢。即。

c.物体质量随速度的增加而增大。当速度接近光速时，质量趋于无穷大。如果物体的运动速度比光速小很多时，物体运动时的质量和物体静止时的质量相等。即。

d.质量m和能量E之间存在着一个相互联系的关系式：E=mc2，称为质能关系。正是这个质能关系为人类利用核能奠定了理论基础。

e.任何物体的速度不能超过光速c。超过光速将导致质量为虚数，这是不可能的。

在一般情况下，相对论效应极其微小，当vc时，相对论效应消失，其结果还原为经典力学。因此经典力学可以认为是相对论力学在低速情况下的近似。

3.广义相对论的重要物理结果：时空弯曲。

课堂巩固：

1.测量物体的长度时，测量结果与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向上长度缩短了。一艘宇宙飞船的船身长度为l0=90m，相对地面以u=0.8c的速度飞向观测站。

（1）观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？

（2）航天员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？

解析：（1）观测站测得船身的长度为：

通过观测站的时间间隔为：。

（2）航天员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为：

答案：（1）2.25×10-7s；（2）3.75×10-7s

2.一个原来静止的电子，经过100V电压加速后的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少，此时能否使用公式？（m0=9.1×10-31kg）

解析：（1）由动能定理得：Ek=eU=1.6×10-19×100J=1.6×10-17J.

（2）因Ek=（m-m0）c2，有m-m0=Ek/c2==0.02%.

（3）上述结果表明，加速后的电子的运动还属于低速的范畴，因此可用来进行有关计算，有。

答案：见解析。

学后反思：