高中物理選修3-4第6章 課程綱要 教案學(xué)案

1、在經(jīng)典物理學(xué)中，若有一列火車以速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)，火車上有一物體以相對(duì)于火車的速度u與火車同向運(yùn)動(dòng)，則地面上的人看到物體的速度應(yīng)該是uv.這似乎沒什么疑問，但是以此推下去，在運(yùn)動(dòng)的火車上發(fā)出的光就可以超光速傳播了請(qǐng)你思考：火車上發(fā)出的光可能超光速傳播嗎？§6.1經(jīng)典時(shí)空觀狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1了解伽利略相對(duì)性原理和經(jīng)典時(shí)空觀2知道伽利略速度變換公式3了解愛因斯坦相對(duì)性原理4了解光速不變?cè)?重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：狹義相對(duì)論的基本假設(shè)教學(xué)難點(diǎn)：光速不變?cè)?高考前瞻該節(jié)內(nèi)容在高考中一般考查狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)的結(jié)論，光速不變?cè)砜疾榈念l率也較高3教學(xué)建議本課時(shí)應(yīng)讓學(xué)生了解相關(guān)物

2、理史實(shí)，感受物理學(xué)的廣博宏大；通過實(shí)例類比，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相對(duì)性原理的理解；讓學(xué)生牢記光速不變?cè)恚⑼ㄟ^實(shí)例加強(qiáng)記憶另外，讓學(xué)生明確相對(duì)論是物理學(xué)發(fā)展到一定程度上必然產(chǎn)物1. 伽利略相對(duì)性原理(1)如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系就是_(2)伽利略相對(duì)性原理：在任何慣性系中，_都是一樣的，都可以用_來描述2經(jīng)典時(shí)空觀時(shí)間是_(填“絕對(duì)”或“相對(duì)”)的、與任何外界事物無關(guān)；空間是_(填“絕對(duì)”或“相對(duì)”)的，與任何外界事物無關(guān)；時(shí)間和空間是_3伽利略速度變換公式一節(jié)車廂相對(duì)地面以速度u運(yùn)動(dòng)，車廂內(nèi)的人相對(duì)車廂以速度v運(yùn)動(dòng)，根據(jù)伽利略速度變換公式，人相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)速度v_4狹義相對(duì)論的

3、兩個(gè)基本假設(shè)(1)對(duì)于不同的慣性系，_都是一樣的這一假設(shè)稱為愛因斯坦相對(duì)性原理(2)愛因斯坦根據(jù)對(duì)麥克斯韋理論的研究提出光速不變?cè)?，即在不同的慣性參考系中光速都是_的，光的傳播_(填“遵守”或“不遵守”)伽利略速度變換公式參考答案：1(1)慣性系(2)力學(xué)的規(guī)律牛頓定律2絕對(duì)絕對(duì)相互獨(dú)立、互不相關(guān)的3u v4(1)物理規(guī)律(包括力學(xué)和電磁的)(2)相同 不遵守主題1：物理學(xué)的大廈情景：19世紀(jì)末期，以經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)(熱學(xué))、電磁場(chǎng)理論為主要內(nèi)容的物理學(xué)形成了完整的科學(xué)體系問題：說說你了解的在建立經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、電磁場(chǎng)理論的過程中起重要作用的物理學(xué)家，每個(gè)分支至少說

4、出兩位科學(xué)家解答：經(jīng)典力學(xué)中有伽利略、牛頓、笛卡兒、胡克、開普勒等物理學(xué)家；熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中有焦耳、瓦特、開爾文等物理學(xué)家；電磁場(chǎng)理論中有法拉第、麥克斯韋、赫茲等物理學(xué)家主題2：經(jīng)典的相對(duì)性原理情景：黃河凌汛是威脅黃河下游的巨大水患，為了消除凌汛，我們每年冬春之交都要?jiǎng)佑蔑w機(jī)炸開冰面如果飛機(jī)勻速飛行，每隔相同的時(shí)間投下一顆炸彈，如圖所示問題：(1)從飛行員角度進(jìn)行觀察，在空中的炸彈的運(yùn)動(dòng)形式是怎樣的？(2)從第一顆炸彈上觀察其他仍在空中的炸彈，它們的運(yùn)動(dòng)形式是怎樣的？(3)從地面上安全位置靜止的指揮員觀察，在空中的每個(gè)炸彈的運(yùn)動(dòng)形式是怎樣的？(4)對(duì)于飛行員和地面觀察員觀察到的炸彈的運(yùn)動(dòng)，

5、描述運(yùn)動(dòng)中的物理量相同的是什么？解答：(1)從飛行員角度進(jìn)行觀察，炸彈是做自由落體運(yùn)動(dòng)(2)從第一顆炸彈上觀察其他仍在空中的炸彈，炸彈是做豎直向上的勻速運(yùn)動(dòng)(3)從地面上安全位置靜止的指揮員觀察炸彈，炸彈是做平拋運(yùn)動(dòng)(4)飛行員和地面觀察員觀察到的炸彈的運(yùn)動(dòng)相同的物理量是加速度(即重力加速度)主題3：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)情景：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)：(1)狹義相對(duì)性原理在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；(2)光速不變?cè)碚婵罩械墓馑僭诓煌瑧T性參考系中都是相同的問題：說說你對(duì)這兩個(gè)基本假設(shè)的認(rèn)識(shí)，為什么這兩個(gè)觀點(diǎn)不叫定律而叫假設(shè)？解答：前一個(gè)假設(shè)是解決參考系的問題，愛因斯坦認(rèn)為

6、自然界不存在特殊的慣性參考系，所以相對(duì)性原理的內(nèi)容是在不同參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的第二個(gè)假設(shè)解決電磁學(xué)規(guī)律不能和經(jīng)典的慣性參考系相兼容的問題，內(nèi)容是真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的能夠驗(yàn)證這兩個(gè)觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)非常有限，只有從這兩個(gè)假設(shè)出發(fā)，經(jīng)過邏輯推理(包括數(shù)學(xué)推導(dǎo))所得出的大量結(jié)論能與事實(shí)相符，才能證實(shí)它的正確性一、了解物理學(xué)史例1為了紀(jì)念一個(gè)偉大的科學(xué)家和思想家，為了紀(jì)念充滿神奇色彩的1905年，國際物理學(xué)會(huì)和聯(lián)合國將2005年定為世界物理年，并進(jìn)行了一系列的活動(dòng)，其中包括“物理照亮世界”的全球性光速傳遞活動(dòng)緬懷偉人，承前啟后這位被紀(jì)念的偉人是()A哥白尼 B伽利略C牛頓 D愛

7、因斯坦【解析】一個(gè)歷史上極其特別的年份、一個(gè)人類應(yīng)用黃金來書寫的年份、一個(gè)充滿了奇跡的年份1905年這一切，因?yàn)橐粋€(gè)名叫愛因斯坦的公務(wù)員在德國物理學(xué)年鑒上發(fā)表了5篇論文，帶來了物理學(xué)那場(chǎng)偉大的革命，推倒了一座脆弱的金碧大廈，開啟了物理學(xué)新紀(jì)元這一年，愛因斯坦在分子運(yùn)動(dòng)理論、量子理論和相對(duì)論上做出了開創(chuàng)性的工作，締造了“愛因斯坦奇跡年”【答案】D【點(diǎn)撥】愛因斯坦是世界十大杰出物理學(xué)家之一，現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者、集大成者和奠基人，同時(shí)也是一位著名的思想家和哲學(xué)家.1921年，愛因斯坦因光電效應(yīng)研究而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，2009年10月4日，諾貝爾基金會(huì)評(píng)選“1921年物理學(xué)獎(jiǎng)得主愛因斯坦”為諾貝爾獎(jiǎng)

8、百余年歷史上最受尊崇的3位獲獎(jiǎng)?wù)咧欢⒔?jīng)典的相對(duì)性原理例2如圖所示，在列車車廂的光滑水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m5 kg的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn)，現(xiàn)在給小球一個(gè)水平向前的F5 N的拉力作用，并保持不變，10 s后，求車廂里的觀察者和地面上的觀察者看到小球的速度【解析】利用經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理進(jìn)行計(jì)算對(duì)車上的觀察者：物體的初速度v00，加速度a1 m/s2，10 s末速度v1at10 m/s對(duì)地面上的觀察者：物體初速度v020 m/s加速度相同a1 m/s210 s末速度v2v0at30 m/s.【答案】10 m/s30 m/s【點(diǎn)撥】在兩個(gè)慣性系中，雖然觀察到的結(jié)果并不相同

9、，一個(gè)是10 m/s，另一個(gè)是30 m/s，但我們卻應(yīng)用了同樣的運(yùn)動(dòng)定律和速度合成法則，也就是說，力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的變式訓(xùn)練1如圖甲所示，小船在風(fēng)平浪靜的海面上靜止，從桅桿上釋放一個(gè)小球，桅桿上的人觀察到小球做什么運(yùn)動(dòng)？如果小船勻速運(yùn)動(dòng)，船上的人觀察到小球做什么運(yùn)動(dòng)？站在岸邊上的人觀察到小球的運(yùn)動(dòng)又是什么樣的？【解析】如圖乙所示，在桅桿上觀察，小球相對(duì)于觀察者沒有初速度，所以兩種情況下都是自由落體運(yùn)動(dòng)；而在岸上觀察，當(dāng)船勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球在下落開始就具有一個(gè)水平方向上的初速度，所以做拋體運(yùn)動(dòng)【答案】見解析三、光速不變?cè)砝?假設(shè)你是一個(gè)“光子”，你和你的同伴(當(dāng)然也是一個(gè)“光子”)

10、都從燈泡里“逃”出來，那么，在你看來，你的同伴的速度是多少？在你的同伴看來，你的速度又是多少？在站在燈泡外面的人看來，你們的速度是多少？(從相對(duì)論的角度論述)【解析】根據(jù)光速不變?cè)恚谒械膽T性系中，真空的光速都是一個(gè)常數(shù)c.當(dāng)你是一個(gè)“光子”時(shí)，你就是一個(gè)慣性系，你將會(huì)看到你的“光子”同伴以c遠(yuǎn)離你而去依此類推，你的“光子”同伴也是慣性系，在它看來，你將以c向前狂奔，把它拋在后面對(duì)于燈泡外邊的觀測(cè)者，也是一個(gè)慣性系，他將看到你們兩個(gè)將會(huì)并肩前進(jìn)，速度都是c.【答案】見解析【點(diǎn)撥】在相對(duì)論中，有一個(gè)基本假設(shè)是光速對(duì)任何慣性參考系都是相同的變式訓(xùn)練2如圖所示，回答下列問題：(1)參考系O相對(duì)于

11、參考系O靜止時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？(2)參考系O相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？(3)參考系O相對(duì)于參考系O以速度v向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到的光速又是多少？ 【解析】根據(jù)速度合成法則，第(1)種情況人看到的光速應(yīng)是c，第(2)種情況應(yīng)是cv，第(3)種情況應(yīng)是(cv)而根據(jù)狹義相對(duì)理論，光速是不變的，都應(yīng)是c.【答案】三種情況都是c一、經(jīng)典的相對(duì)性原理1慣性參考系：牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系2經(jīng)典的相對(duì)性原理：力學(xué)規(guī)律在任何慣性參考系中都是相同二、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)1狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的2光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌瑧T性參考

12、系中都是相同的1下列參考系可以看做慣性系的是()A靜止的參考系B勻速運(yùn)動(dòng)的參考系C勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系D牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系【解析】根據(jù)伽利略相對(duì)性原理可知A、B、D正確【答案】ABD2在勻速前進(jìn)的汽車中的水平光滑桌面上放置一個(gè)小球，當(dāng)車突然停止的瞬間，從地面上觀察，小球?qū)⒆鰟蛩龠\(yùn)動(dòng)，符合牛頓第二定律中物體受到的合力為零的情況；當(dāng)從車內(nèi)桌邊靜止的人的角度觀察，小球做加速運(yùn)動(dòng)而分析小球受力情況時(shí)發(fā)現(xiàn)小球在水平方向上不受外力，那小球?yàn)槭裁醋黾铀龠\(yùn)動(dòng)呢？這是什么原因呢？【解析】對(duì)于地面這個(gè)參考系來講，這個(gè)參考系沒有加速度，可以看做是慣性參考系，所以牛頓運(yùn)動(dòng)定律在這里是適用的，但是從車上觀察時(shí)，車是

13、一個(gè)減速運(yùn)動(dòng)的參考系，對(duì)此，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用【答案】牛頓運(yùn)動(dòng)定律在非慣性系中不適用3在平直軌道上有兩輛車同時(shí)、同向前進(jìn)，前車相對(duì)于地面的速度是30 m/s，后車相對(duì)于地面的速度是10 m/s，都做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如果從后車上觀察，前車的速度是多少？【解析】由于兩車都做勻速運(yùn)動(dòng)，從后車上觀察就是認(rèn)為后車固定不動(dòng)，所以前車相對(duì)于后車的速度就是30 m/s10 m/s20 m/s.【答案】20 m/s4如圖所示，甲乘坐宇宙飛船追趕乘坐宇宙飛船離去的乙，兩宇宙飛船對(duì)地面的速度分別為0.7c、0.4c，某時(shí)刻甲為了聯(lián)系乙向乙發(fā)出一個(gè)光信號(hào)，則()A地面上的人看光信號(hào)的速度為vcB乙看光信號(hào)的速度為0.6

14、cC甲看光信號(hào)的速度為cD乙看甲的速度為0.3c【解析】由相對(duì)性原理可知D對(duì)；由光速不變?cè)砜芍狢對(duì)【答案】CD§6.2相對(duì)論時(shí)空觀 1知道狹義相對(duì)論關(guān)于時(shí)空相對(duì)性的主要結(jié)論2了解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的主要區(qū)別，體會(huì)相對(duì)論時(shí)空觀的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響3通過實(shí)例，了解時(shí)間和空間的相對(duì)性，體會(huì)相對(duì)論時(shí)空觀與低速世界情景的差異1重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：同時(shí)的相對(duì)性，時(shí)間間隔的相對(duì)性，長度的相對(duì)性教學(xué)難點(diǎn)：同時(shí)的相對(duì)性2高考前瞻同時(shí)的相對(duì)性是高考考查的熱點(diǎn)，要能夠熟練地進(jìn)行分析“尺短鐘慢”效應(yīng)一般只在選擇題中出現(xiàn)，要求能用公式做出正確的判斷，所以一定要記住“尺短鐘慢”的公式并知道其基本意義

15、3教學(xué)建議在學(xué)習(xí)本節(jié)知識(shí)之前，首先要對(duì)上節(jié)學(xué)過的相對(duì)論的誕生的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)本節(jié)的重點(diǎn)是時(shí)間和空間的相對(duì)性，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意結(jié)論的理解，不必在數(shù)量關(guān)系上下工夫，要注意邏輯關(guān)系的應(yīng)用1同時(shí)的相對(duì)性同時(shí)是指兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)刻是一樣的，同時(shí)的相對(duì)性是說，在一個(gè)慣性系中，同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中則可能不是同時(shí)發(fā)生的，即同時(shí)是_的 ，也就是說，有人看到同時(shí)發(fā)生的事件，在其他觀察者眼里可能不是同時(shí)發(fā)生的2時(shí)間延緩既然同時(shí)具有相對(duì)性，時(shí)間間隔也就具有了相對(duì)性，時(shí)間間隔相對(duì)性的公式為，其中u為車廂相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的速度，_(填“0”或“”)為車廂內(nèi)的觀察者所觀察到的時(shí)間，_(填“0”或“”)為地面上的觀

16、察者所測(cè)得的時(shí)間3長度縮短物體的長度與觀察者和物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，物體靜止在地面時(shí)的長度為l0，相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)速度為u時(shí)，地面上的觀察者觀察到的長度為l，則l_4相對(duì)論的時(shí)空觀相對(duì)論認(rèn)為：空間和時(shí)間的量度與_有關(guān)，是相對(duì)的經(jīng)典時(shí)空觀是相對(duì)論時(shí)空觀的特殊表現(xiàn)參考答案：1相對(duì)203l04物體的運(yùn)動(dòng)主題1：認(rèn)識(shí)時(shí)間情景：世界上最快又最慢，最長又最短，最平凡然而又最珍貴，最容易被忽視而又最令人后悔失去的就是時(shí)間為了計(jì)時(shí)，世界上出現(xiàn)了各式各樣的鐘：沙鐘(如圖所示)、電鐘、機(jī)械鐘、光鐘和生物鐘問題：既然運(yùn)動(dòng)可以使時(shí)間變慢，它是不是會(huì)使所有的鐘都一樣變慢呢？與鐘的種類有沒有關(guān)系？人身處其中能不能感受到時(shí)

17、間變慢了呢？解答：根據(jù)愛因斯坦的狹義相對(duì)論，運(yùn)動(dòng)可以使時(shí)間變慢，與計(jì)時(shí)工具無關(guān)，因此所有的鐘都一樣變慢，與鐘的種類沒有關(guān)系，人身處其中也感受不到時(shí)間變慢，只是地面上不動(dòng)的人認(rèn)為他的時(shí)間變慢主題2：同時(shí)的相對(duì)性情景：一列火車以速度v相對(duì)地面高速運(yùn)動(dòng)，在火車上有一個(gè)光源問題：如果地面上的人測(cè)得這個(gè)光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車的前壁和后壁，圖示是地面上觀察者得到的結(jié)果，那么按照火車上人的測(cè)量，閃光是先到達(dá)前壁還是后壁？火車上的人怎樣解釋自己的測(cè)量結(jié)果？解答：火車上的人測(cè)得閃光先到達(dá)前壁，由于地面上的人測(cè)得閃光同時(shí)到達(dá)前后壁，而在光向前后壁傳播的過程中，火車要相對(duì)于地面向前運(yùn)動(dòng)一段距離，所以光源發(fā)光的位置

18、一定距離前壁較近，各個(gè)方向上的光速又是一樣的，從車上觀察，閃光先到達(dá)前壁主題3：長度的相對(duì)性問題：圖示是一只兔子靜止在草地上的情況，假設(shè)該兔子以接近光速的速度沿水平方向高速奔跑，在地面上的你看到的兔子的圖像大體上應(yīng)該是哪個(gè)圖像，你分析的依據(jù)是什么？(提示：根據(jù)相對(duì)論知識(shí)進(jìn)行分析)解答：當(dāng)兔子沿著水平方向高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)狹義相對(duì)論的尺縮效應(yīng)，當(dāng)物體速度很大時(shí)，物體的尺度將減小，即ll0，所以看上去兔子將變扁，但是在其他方向上沒有運(yùn)動(dòng)，所以其他方向上長度不變所以看到的應(yīng)該是B圖主題4：時(shí)間間隔的相對(duì)性情景：隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸進(jìn)步，列車速度越來越快，假設(shè)在未來的某一天，列車的速度能夠達(dá)到接近光速，已

19、知某特快列車的速度為v，一位乘客觀察到一滴水從行李架上下落到桌面上經(jīng)歷的時(shí)間為t.問題：試想如果站在鐵道邊上的人能清晰地看到水滴的運(yùn)動(dòng)，利用相對(duì)論分析，對(duì)地面上的觀察者來講，這滴水珠下落的時(shí)間是變長了還是變短了？為什么？如果以現(xiàn)行列車的速度行駛，以上時(shí)間間隔的差別能不能區(qū)分？解答：變長了因?yàn)楦鶕?jù)狹義相對(duì)論的時(shí)間間隔的相對(duì)性，地面上的人觀測(cè)時(shí)間是t，火車上的人觀測(cè)時(shí)間為t，根據(jù)公式可知t，由此可知，在陸地上的人觀察到水滴運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長了如果是以列車現(xiàn)行的速度行駛，速度與光速之間的比值接近等于零，可知兩個(gè)時(shí)間間隔幾乎沒有差距一、同時(shí)的相對(duì)性例1如圖所示，沿鐵道排列的兩電桿正中央安裝一閃光裝置，光信號(hào)

20、到達(dá)一電桿稱為事件1，到達(dá)另一電桿稱為事件2.對(duì)地面上的觀察者和向右運(yùn)動(dòng)的車廂中的觀察者看來，兩事件是()A在地面上的觀察者看來，事件1先發(fā)生；在車廂中的觀察者看來，事件2與事件1同時(shí)發(fā)生B在地面上的觀察者看來，事件2先發(fā)生；在車廂中的觀察者看來，事件2與事件1同時(shí)發(fā)生C在地面上的觀察者看來，事件1、2同時(shí)發(fā)生；在車廂中的觀察者看來，事件2比事件1后發(fā)生D在地面上的觀察者看來，事件1、2同時(shí)發(fā)生；在車廂中的觀察者看來，事件2比事件1先發(fā)生【解析】對(duì)地面上的觀察者看來，光源在兩根電桿的正中央，光信號(hào)向兩電桿傳播的速度相同，因此，光信號(hào)同時(shí)到達(dá)兩電桿在運(yùn)動(dòng)的車廂中的觀察者看來，運(yùn)動(dòng)的車廂是個(gè)慣性系

21、，地面和電桿都在向左運(yùn)動(dòng)，光信號(hào)向左右兩側(cè)傳播的速度相同(光速不變?cè)?在光信號(hào)向兩側(cè)傳播的過程中，地面及兩個(gè)電桿都向左運(yùn)動(dòng)了一段距離，所以光信號(hào)先到達(dá)電桿2，后到達(dá)電桿1.【答案】D【點(diǎn)撥】同時(shí)相對(duì)性產(chǎn)生的原因是觀察者所處的位置不同，在不同參考系中觀察，同時(shí)產(chǎn)生的事件具有相對(duì)性變式訓(xùn)練1如圖所示，列車K靜止在地面上，某時(shí)車廂中央發(fā)出了一個(gè)閃光，車廂中的人認(rèn)為閃光是同時(shí)到達(dá)了前后兩壁可以記作事件A和事件B，另一列列車L從旁邊呼嘯而過，那么，在運(yùn)動(dòng)的火車L里面的觀察者認(rèn)為，沿著運(yùn)動(dòng)方向位置靠前一些的事件A先發(fā)生，還是靠后一些的事件B先發(fā)生？【解析】當(dāng)火車L相對(duì)于火車K向A運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于相對(duì)于A發(fā)生

22、了運(yùn)動(dòng)，光傳播到A的時(shí)間短了，所以A事件先發(fā)生【答案】事件A先發(fā)生二、長度的相對(duì)性例2一根10 m長的梭鏢以相對(duì)速度穿過一根10 m長的管子，它們的長度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的下列敘述能最好地描述了梭鏢穿過管子的情況的是()A梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來C兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住梭鏢D所有這些都與觀察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)【解析】如果你是在相對(duì)于管子靜止的參考系中觀察運(yùn)動(dòng)著的梭鏢，那么梭鏢看起來就比管子短，在某些位置梭鏢會(huì)完全處在管子內(nèi)部然而當(dāng)你和梭鏢一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，你看到的管子就縮短了，所以在某些位

23、置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子假如你在梭鏢和管子之間運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的速度是在梭鏢運(yùn)動(dòng)的方向上，而大小是其一半，那么梭鏢和管子都相對(duì)于你運(yùn)動(dòng)，且速度的大小一樣，你看到這兩樣?xùn)|西都縮短了，且縮短的量相同所以你看到的一切都是相對(duì)的【答案】D【點(diǎn)撥】觀察者所處的角度不同，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度就不同，所以得出的結(jié)論也不盡相同變式訓(xùn)練2圖示是高速列車示意圖，如果車的運(yùn)行速度可以和光速相比較(理想情況)，在車內(nèi)有一個(gè)米尺，與車相平行放置，同時(shí)在地面上也放置一個(gè)和車方向平行的米尺，則從車上的乘客觀察到的地面上的米尺的長度和地面上的人觀察到的車上的米尺的長度，下列說法正確的是()A車上的人認(rèn)為地面上的米尺長度大于一米B

24、地面上的人認(rèn)為車上的米尺長度大于一米C兩人都認(rèn)為對(duì)方米尺的長度小于一米D兩人都認(rèn)為對(duì)方米尺的長度大于一米【解析】以地面為參考系，火車是在做高速運(yùn)動(dòng)，但是以火車為參考系，地面也是高速運(yùn)動(dòng)的，由于兩個(gè)慣性參考系是平行的，所以在他們上面的觀測(cè)者都發(fā)現(xiàn)對(duì)方的尺子變短了【答案】C三、時(shí)間間隔的相對(duì)性例3如圖所示，甲、乙、丙三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，甲放在地面上，乙、丙分別放在兩架航天飛機(jī)上，航天飛機(jī)沿同一方向高速飛離地球，但是乙所在的飛機(jī)比丙所在的飛機(jī)飛得快則乙所在飛機(jī)上的觀察者認(rèn)為()A走得最快的鐘是甲B走得最快的鐘是乙C走得最快的鐘是丙D走得最慢的鐘是甲【解析】根據(jù)公式可知，相對(duì)于觀察者的速度v越大，其上

25、的時(shí)間進(jìn)程越慢【答案】BD【點(diǎn)撥】時(shí)間間隔的相對(duì)性指的是運(yùn)動(dòng)的鐘變慢，在乙物體上觀察，甲物體的速度最大，丙物體速度較小，自身速度為零變式訓(xùn)練3如果在地面上和火車上同時(shí)有兩個(gè)完全相同的鐘表，其他條件不變，則在火車上的人觀察到的地面上的鐘表和地面上的人觀察到的火車上的鐘表()A都變慢了B都變快了C都準(zhǔn)確 D不能確定【解析】以地面為參考系，火車是在做高速運(yùn)動(dòng)，但是以火車為參考系，地面也是高速運(yùn)動(dòng)的，由于兩個(gè)慣性參考系是平行的，所以在他們上面的觀測(cè)者都發(fā)現(xiàn)對(duì)方的時(shí)鐘變慢了【答案】A一、同時(shí)的相對(duì)性1同時(shí)的定義：同時(shí)是指兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)刻是一樣的2同時(shí)的相對(duì)性：在一個(gè)慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)

26、慣性系中可能是不同時(shí)發(fā)生的，即同時(shí)是相對(duì)的3同時(shí)相對(duì)性產(chǎn)生的原因：不論光源與觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光相對(duì)于觀察者的速度都是一樣的觀察者在不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的慣性系中的觀察角度不同二、時(shí)間間隔的相對(duì)性時(shí)間間隔相對(duì)性的公式表示為：，為地面的觀察者所觀察到的時(shí)間，為與鐘表相對(duì)靜止的觀察者所測(cè)時(shí)間v為鐘表所在慣性系相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)的速度三、長度的相對(duì)性1定義：一條沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長度總比桿靜止時(shí)的長度小2公式描述：ll0，其中l(wèi)為靜止的觀察者觀察到的長度，l0為物體靜止時(shí)的長度，v為物體相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)的速度1圖示是一個(gè)邊長為1 m的正方體木箱，現(xiàn)在讓這個(gè)正方體木箱沿水平方向勻速向右運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)

27、速度很大，為0.99c，那么這個(gè)木箱看上去應(yīng)該是()A邊長不相等的長方體B邊長都縮短的正方體C近似一個(gè)薄木板D以上說法都不對(duì)【解析】在沿著運(yùn)動(dòng)方向上，由于木箱運(yùn)動(dòng)的很快，速度已經(jīng)接近光速，所以在沿著運(yùn)動(dòng)方向上的尺縮效應(yīng)很明顯，而其他兩個(gè)方向上沒有運(yùn)動(dòng)，所以沒有尺縮效應(yīng)看上去應(yīng)該是一個(gè)薄木板【答案】C2在狹義相對(duì)論中，下列說法正確的有()A一切運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于觀察者的速度都不能大于真空中的光速B質(zhì)量、長度的測(cè)量結(jié)果都與物體相對(duì)觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)C時(shí)間的測(cè)量結(jié)果與物體相對(duì)觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)D在某一慣性系中發(fā)生于同一時(shí)刻、不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件，在其他一切慣性系中也是同時(shí)發(fā)生的【解析】根據(jù)狹義相對(duì)

28、論，光速是速度的極限值，所以A正確；根據(jù)狹義相對(duì)論，長度、質(zhì)量、時(shí)間間隔都與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，且都給出了具體的公式，所以B對(duì)，C錯(cuò)；同時(shí)是相對(duì)的，D錯(cuò)【答案】AB3如圖所示，地面上M點(diǎn)固定一光源，在沿AB方向運(yùn)行的高速列車上的A、B兩點(diǎn)上固定兩個(gè)光接收器，從地面上看當(dāng)高速列車運(yùn)動(dòng)到A、B兩點(diǎn)離光源等距離處時(shí)，光源發(fā)出一閃光，問：(1)在地面參考系中觀測(cè)，誰先接收到光信號(hào)？(2)在沿AB方向高速運(yùn)動(dòng)的火車參考系中觀測(cè)，誰先接收到光信號(hào)？【解析】以地面為參考系，M發(fā)出的閃光到A、B距離不同，先傳到A，所以A先接收到光信號(hào)；若以高速運(yùn)動(dòng)的火車為參考系，M傳到A、B的距離相等，所以同時(shí)到達(dá)A、B兩點(diǎn)【答案

29、】(1)A先接收到(2)同時(shí)接收到4在我國古代的神話傳說中有“天上一天，地上一年”之說，意思是說，仙境和人間的時(shí)間是不一樣的，在仙境過上一天，人間就經(jīng)歷了一年(1)用你學(xué)過的知識(shí)說明這種時(shí)間反差能否實(shí)現(xiàn)？(2)怎樣才能實(shí)現(xiàn)傳說中的“天上一天，地上一年”？【解析】(1)根據(jù)狹義相對(duì)論的時(shí)間相對(duì)性知可以實(shí)現(xiàn)(2)坐上高速飛船游仙境即可，由，得365此飛船的運(yùn)動(dòng)速度uccc.【答案】(1)能(2)乘坐以光速飛行的飛船游仙境§6.3相對(duì)論的速度變換定律質(zhì)量和能量的關(guān)系 1知道相對(duì)論速度變換公式2知道相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系3能夠利用質(zhì)能關(guān)系分析相關(guān)問題1重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：相對(duì)論速度變換公式教學(xué)難點(diǎn)：相

30、對(duì)論質(zhì)能關(guān)系2高考前瞻相對(duì)論中速度變換是高考要求的內(nèi)容，但考的頻率不高，幾乎沒有考查，以后有可能出現(xiàn)相對(duì)論質(zhì)量以及愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系也是高考要求的內(nèi)容，高考試題中也經(jīng)常涉及此內(nèi)容，基本上以選擇題和填空題的形式出現(xiàn)3教學(xué)建議學(xué)習(xí)本節(jié)課前，要先復(fù)習(xí)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本結(jié)論，有了上兩節(jié)的基礎(chǔ)后，學(xué)習(xí)相對(duì)論的速度疊加公式不會(huì)特別的困難，相對(duì)論質(zhì)量和質(zhì)能公式也不難理解，要注意通過實(shí)例的分析(包括節(jié)后練習(xí))認(rèn)清在哪些情況下要考慮相對(duì)論效應(yīng)，哪些情況下不必考慮另外，核質(zhì)量m都對(duì)應(yīng)著一定質(zhì)量的能量mc2，這個(gè)公式為開發(fā)和利用原子能提供了理論基礎(chǔ)1相對(duì)論的速度變換定律若車對(duì)地面的速度為u ，車上的人以速度v沿著火

31、車前進(jìn)的方向相對(duì)火車運(yùn)動(dòng)，人相對(duì)地面的速度為v，則它們之間的關(guān)系v_2相對(duì)論質(zhì)量和能量(1)狹義相對(duì)論認(rèn)為物體的質(zhì)量與它所含的能量存在確定的關(guān)系，即愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式_(2)按照相對(duì)論觀點(diǎn)，愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式中的質(zhì)量不是一個(gè)不變的量，它和物體的速率v有關(guān)系，即m，其中m0是_時(shí)物體的質(zhì)量，m是物體_的質(zhì)量(3)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典力學(xué)中的物體質(zhì)量和靜質(zhì)量的差別很小，一般不再加以區(qū)分與靜質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量稱為靜能量，即E0mc2，并且這里的能量(E0)是指與_能量，而不僅是某一種或幾種能量形式參考答案：1.2(1)Emc2(2)v0(或靜止)速度為v時(shí)(或運(yùn)動(dòng)時(shí))(3)所研究的對(duì)象相聯(lián)系的全部主題1：

32、相對(duì)論速度變換公式情景：如圖所示，如果把圖示小船放入水中，順流而下，船在靜水中速度是3 m/s，水速是4 m/s.問題：(1)船相對(duì)于岸的速度是多少？(2)是否需要相對(duì)論速度變換公式進(jìn)行計(jì)算？(3)相對(duì)論速度變換公式怎樣表達(dá)？解答：(1)根據(jù)速度合成法則，船速和水速方向相同，所以船相對(duì)于岸的速度等于船速加水速，等于 7 m/s.(2)相對(duì)論速度公式主要是計(jì)算接近光速的情況，該情況不能利用相對(duì)論速度變換公式進(jìn)行計(jì)算(3)相對(duì)論的速度變換公式為v.主題2：相對(duì)論質(zhì)量情景：在經(jīng)典力學(xué)中，一個(gè)物體所受的重力會(huì)隨著它所處的高度或緯度的變化而變化，但是它的質(zhì)量不僅與所處的位置無關(guān)，還與物體的運(yùn)動(dòng)無關(guān)根據(jù)牛

33、頓第二定律Fma可知，由于質(zhì)量不變，只要始終對(duì)物體施加一個(gè)恒力，那么，這個(gè)物體就將保持勻加速運(yùn)動(dòng)，它被加速到光速時(shí)還會(huì)繼續(xù)加速，并超過光速問題：閱讀教材中“相對(duì)論質(zhì)量和能量”的有關(guān)內(nèi)容，回答上述情況有可能嗎？解答：不可能根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和靜止質(zhì)量之間的關(guān)系m可知，速度越大，質(zhì)量越大，速度接近光速時(shí)，質(zhì)量趨于無窮大，加速度趨于零，所以不可能一直加速主題3：質(zhì)能方程情景：愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2表明物體的質(zhì)量和其具有的能量存在一定的關(guān)系，但絕不能理解成物體的質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化物體的質(zhì)量與速度有關(guān)，用m0表示物體靜止時(shí)的質(zhì)量，用v表示物體的速度，用E表示物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，E0表示物體靜止時(shí)的能量

34、，Ek表示物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能問題：推導(dǎo)它們存在什么關(guān)系，以此來更好地體現(xiàn)質(zhì)能方程的意義解答：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量Emc2，物體靜止時(shí)的能量E0 m0c2，而EE0m0v2，即EkEE0，也就是說物體增加的質(zhì)量與物體增加的能量存在數(shù)量關(guān)系，但質(zhì)量和能量不存在相互轉(zhuǎn)化的問題一、相對(duì)論速度變換公式例1假設(shè)一輛車能夠以0.5c(c表示光在真空中的速度)的速度前進(jìn)，在車上向前發(fā)射一個(gè)速度為0.5c 的子彈(相對(duì)于車)(1)根據(jù)必修1和必修2中直線運(yùn)動(dòng)的公式進(jìn)行計(jì)算，在地面上觀察到的這顆子彈的速度應(yīng)該是多大？(2)根據(jù)相對(duì)論速度變換公式進(jìn)行計(jì)算，在地面上觀察到的這顆子彈的速度應(yīng)該是多大？(3)根據(jù)相對(duì)論速度變換

35、公式，在車上發(fā)射一個(gè)速度為0.9c的子彈時(shí)，其相對(duì)地面的速度是否會(huì)超過光速？【解析】(1)根據(jù)速度的合成，兩個(gè)速度為0.5c，且方向相同，所以合速度等于c.(2)根據(jù)相對(duì)論速度變化公式v，代入數(shù)據(jù)得到v0.8c.(3)根據(jù)相對(duì)論速度變化公式可知，子彈相對(duì)地面的速度不可能超過光速【答案】(1)c(2)0.8c(3)不會(huì)【點(diǎn)撥】經(jīng)典的速度合成公式和相對(duì)論速度變換公式是不同的，在物體運(yùn)動(dòng)的速度和光速在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，應(yīng)該按照相對(duì)論速度的變換公式變式訓(xùn)練1假設(shè)未來的高速列車速度是0.5c(c表示光在真空中的速度)，在列車行駛的過程中打開列車前面的燈，路邊上的人觀察到列車上的燈光的傳播速度v1是多少？在車

36、內(nèi)將一個(gè)物體以0.2c(相對(duì)于車)的速度向車后水平拋出，路邊上的人觀察到物體水平拋出的速度v2是多少？【解析】根據(jù)光速不變?cè)砜芍?，光速相?duì)于任何參考系都是不變的v1c；根據(jù)速度疊加原理v2，代入數(shù)據(jù)得到v2c.【答案】cc二、相對(duì)論質(zhì)量例2某物體的速度使其質(zhì)量增加10%，則此物體在其運(yùn)動(dòng)方向上縮短了的尺寸約為自身運(yùn)動(dòng)方向長度的多少？()A10%B90%C.D.【解析】設(shè)靜止時(shí)物體質(zhì)量為m0，物體運(yùn)動(dòng)速度為v，物體運(yùn)動(dòng)方向長度為l根據(jù)相對(duì)論質(zhì)量關(guān)系可知，110%，根據(jù)尺縮效應(yīng)公式知ll，故11.【答案】D【點(diǎn)撥】先根據(jù)質(zhì)量相對(duì)性求出1的數(shù)值，再根據(jù)長度的相對(duì)性的公式求出相對(duì)論長度變式訓(xùn)練2關(guān)于

37、質(zhì)量和長度，下列說法正確的是()A物體的質(zhì)量與位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無任何關(guān)系，是物質(zhì)本身屬性B物體的質(zhì)量與位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，只是在速度較低的情況下，變化忽略不計(jì)C物體的長度與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，是物質(zhì)本身的屬性D物體的長度與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，只是在速度較低的情況下，變化忽略不計(jì)【解析】相對(duì)論認(rèn)為，物體的質(zhì)量和長度都是與物體運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，當(dāng)速度接近光速時(shí)，由速度帶來的影響要考慮進(jìn)去【答案】BD三、質(zhì)能方程例3一核彈含20 kg的钚，爆炸后生成的靜止質(zhì)量比原來小.求爆炸中釋放的能量【解析】由愛因斯坦質(zhì)能方程可解釋放出的能量爆炸前后質(zhì)量變化：m×20 kg0.002 kg釋放的能量為Emc20.002

38、×(3×108)2 J1.8×1014 J.【答案】1.8×1014 J【點(diǎn)撥】一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)一、相對(duì)論速度變換公式表達(dá)式：v說明：(1)對(duì)于低速v與u與光速相比很小時(shí)，vvu，這就是經(jīng)典物理學(xué)的速度合成法則(2)對(duì)于高速u與光速相等時(shí)，即uc，不論v如何取值，在什么參考系中觀察，光速都是c.注意這一公式僅適用于u、v在一直線上的情況，當(dāng)u與v相反時(shí)，v取負(fù)值二、相對(duì)論質(zhì)量表達(dá)式：m.說明：由公式可以看出隨v的增加，物體的質(zhì)量隨之增大三、質(zhì)能方程表達(dá)式：E mc2.說明：對(duì)于靜止質(zhì)量的粒子，該方程揭示了其所具有的能量與質(zhì)量間的數(shù)量關(guān)系1

39、回旋加速器在對(duì)粒子進(jìn)行加速時(shí)，當(dāng)加速到一定的數(shù)值時(shí)，速度不再增加而不增加的原因是當(dāng)速度增加到某一值，電場(chǎng)變換的周期和粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期不相等了，所以不能繼續(xù)加速，關(guān)于周期變化的原因，下列說法正確的是()A質(zhì)量的變化引起粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期的變化B人為的進(jìn)行調(diào)整，怕速度超過光速C由于回旋加速器的D型盒的半徑太小，所以粒子要離開磁場(chǎng)了D以上猜想都不對(duì)【解析】物體的質(zhì)量在低速情況下和靜止質(zhì)量相差不多，但是當(dāng)物體速度逐漸增大，速度對(duì)質(zhì)量的影響將會(huì)越來越大，從而改變了粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)行周期【答案】A2正負(fù)電子的靜止質(zhì)量均為m0，當(dāng)一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子相遇時(shí)可以發(fā)生湮滅現(xiàn)象，即兩電子消失而產(chǎn)生一對(duì)相

40、同的光子，則每個(gè)光子的能量為()Am0c2B2m0c2C.m0c2D.m0c2【解析】光子能量的來源是電子質(zhì)量的損失，每個(gè)電子由于質(zhì)量而具有的能量是Em0c2，兩個(gè)電子總共具有的能量是2m0c2.【答案】A3假如兔子相對(duì)你的速度是0.8c，而它看到前面小蝴蝶向前飛的速度又是0.5c，那么你將看到小蝴蝶的速度是多少呢？【解析】據(jù)速度變換公式v，代入數(shù)據(jù)得到v0.93c.即從你的角度出發(fā)，看到的小蝴蝶的速度是0.93c，而不是1.3c.【答案】0.93c4如果一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子的總能量是靜能量的k倍，求該粒子的速度【解析】粒子總能量Emc2km0c2所以mkm0即vc.【答案】§6.4廣義相

41、對(duì)論點(diǎn)滴 1知道廣義相對(duì)性原理和等效原理2根據(jù)廣義相對(duì)論原理，能夠知道廣義相對(duì)論的一些常見的結(jié)論3了解宇宙的演化過程1重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：廣義相對(duì)論的兩個(gè)等效原理教學(xué)難點(diǎn)：廣義相對(duì)論的一些常見的結(jié)論2高考前瞻廣義相對(duì)論的兩個(gè)原理和幾個(gè)結(jié)論不在高考范圍3教學(xué)建議對(duì)于廣義相對(duì)論，只要讓學(xué)生了解廣義相對(duì)論的一些常見的結(jié)論，知道有些事實(shí)支持廣義相對(duì)論，可讓學(xué)生進(jìn)行自由討論1廣義相對(duì)性原理和等效原理(1)在狹義相對(duì)論中，在不同慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，愛因斯坦在狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，把相對(duì)性原理推廣到包括非慣性參考系在內(nèi)的任意參考系，在_中，物理規(guī)律都是相同，這就是廣義相對(duì)性原理(2)我們無法判

42、斷，在一個(gè)封閉的電梯內(nèi)，物體加速運(yùn)動(dòng)是由引力引起的還是參考系相對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)造成的一個(gè)_的加速度系統(tǒng)跟一個(gè)_的慣性系統(tǒng)是等效的，這就是等效原理(3)廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論光在引力場(chǎng)中傳播時(shí)，將發(fā)生_，而不是_引力作用使光波發(fā)生頻移，即“_”或“_”在引力場(chǎng)中時(shí)間也會(huì)延緩，引力越強(qiáng)，時(shí)鐘就走得_有質(zhì)量的物體存在加速度時(shí)，會(huì)向外界輻射出_2宇宙的演化(1)宇宙起源大家比較公認(rèn)的學(xué)說是大爆炸學(xué)說，宇宙現(xiàn)在處于體積不斷_，溫度不斷_的過程中(2)根據(jù)大爆炸學(xué)說，大爆炸的初期，1043 s時(shí)，宇宙的密度是1093 kg/m3，溫度是1032 K，宇宙是混沌一團(tuán)；106 s時(shí)，溫度是1013 K，出現(xiàn)了電子、

43、正電子；1 min時(shí)，溫度降到109 K，質(zhì)子和中子結(jié)合成氦核；約10億年時(shí)，開始形成_；約100億年時(shí)，出現(xiàn)_；約120億年時(shí)，地球上出現(xiàn)生命；約137億年時(shí)出現(xiàn)了_，百萬年后出現(xiàn)了現(xiàn)代文明，宇宙溫度降到了3 K.參考答案：1(1)任何參考系(2)不受引力作用受引力作用(3)偏折直線傳播紅移藍(lán)移越慢引力波2(1)膨脹降低(2)恒星和星系銀河系、太陽和行星人類主題1：廣義相對(duì)性原理和等效原理情景：在1905年發(fā)表狹義相對(duì)論之后，愛因斯坦就意識(shí)到狹義相對(duì)論還有兩個(gè)問題沒有解決，這兩個(gè)問題是：非慣性系的問題和引力的問題問題：為了解決這兩個(gè)問題，愛因斯坦是怎樣把這兩個(gè)問題納入相對(duì)論的軌道之中的？解決

44、的方法是什么？解答：為了解決這兩個(gè)問題，愛因斯坦提出兩個(gè)原理，廣義相對(duì)性原理和等效原理，廣義相對(duì)性原理解決了狹義相對(duì)論中慣性參考系的問題，等效原理解決了萬有引力的問題主題2：廣義相對(duì)論的結(jié)論情景：圖甲是愛因斯坦做的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，如果在遙遠(yuǎn)的宇宙里有一間房子，這間房子里面有一切必要的實(shí)驗(yàn)用具，墻上有一個(gè)光線發(fā)射體，如果房子是慣性系，由光速不變?cè)砜梢灾溃蓧ι系墓饩€發(fā)射體發(fā)出的光束就會(huì)沿著直線直接對(duì)穿正對(duì)面墻上的小孔，從房子里射出問題：如果房子向上加速運(yùn)動(dòng)，如圖乙所示，它就不再是慣性參考系，那么這束光還會(huì)不會(huì)從小孔射出？其軌跡應(yīng)該是什么樣的呢，請(qǐng)您大致的畫一下解答：不會(huì)，光線由于房子加速會(huì)發(fā)生

45、彎曲，如圖丙所示主題3：宇宙情景：宇宙的起源一直是天文學(xué)中非常有意義的話題，宇宙學(xué)中大爆炸理論被很多科學(xué)家認(rèn)可，它的基本觀點(diǎn)是宇宙正在膨脹問題：說說你對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)解答：宇宙是所有時(shí)間和空間的總稱，宇宙不是從來就有的，也不是無邊無際的，宇宙現(xiàn)在還處于膨脹時(shí)期，今后可能一直膨脹，也可能膨脹到一定程度就收縮主題4：黑洞問題：關(guān)注宇宙的同學(xué)們都對(duì)黑洞感興趣，通過查閱相關(guān)的資料，回答下列問題(1)黑洞是什么？(2)黑洞是怎樣發(fā)現(xiàn)的？(3)太陽的“明天”會(huì)是什么？會(huì)不會(huì)是黑洞？解答：(1)黑洞是體積很小、密度很大的天體，任何進(jìn)入這個(gè)天體區(qū)域的物質(zhì)，包括光線，都無法擺脫它巨大的引力，所以人們是看不見它的(2

46、)我們不能直接觀察到黑洞，但是黑洞可以與鄰近的恒星構(gòu)成雙星系統(tǒng)，從地球上看來，那可見的恒星便好像與一個(gè)看不見的天體不停地跳華爾茲，根據(jù)它的運(yùn)動(dòng)程度可推算出那看不見天體的質(zhì)量此外，黑洞的巨大引力使伴星的氣體物質(zhì)以螺旋軌道沖進(jìn)黑洞，由于被急劇壓縮，物質(zhì)的溫度變得很高，從而產(chǎn)生X射線和射線，在地球上觀察這些射線，便可找到黑洞存在的證據(jù)(3)太陽正處于恒星的主序星階段，恒星在這個(gè)階段停留的時(shí)間最長、最穩(wěn)定恒星進(jìn)入了老年期可能成為紅巨星或超新星恒星最終可能成為白矮星或中子星或黑洞. 一、廣義相對(duì)論例1如圖所示，假設(shè)我們?cè)跊]有引力的太空中，我們站在一臺(tái)加速上升的電梯內(nèi)(加速度為g)釋放一塊石頭，看到石頭以

47、加速度g落向地板，如果站在地球上的靜止在地面上的電梯內(nèi)釋放石塊，石頭由于重力而下落，如果電梯封閉的很好，你站在電梯中，你是否能夠分清您是在太空中的電梯里還是在地面上的電梯里？【解析】因?yàn)檫@兩種情況產(chǎn)生的效果是完全相同的，而慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量又相等，所以不能進(jìn)行判別【答案】不能【點(diǎn)撥】一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)變式訓(xùn)練1在遠(yuǎn)離一切星體的太空中，作為一艘加速(加速度大于重力加速度g)運(yùn)行的飛船上的乘客，你觀察自己的重量比在地球上是大、是小還是不變？如果飛船是勻速運(yùn)動(dòng)呢？【解析】如果在加速運(yùn)動(dòng)的飛船里進(jìn)行測(cè)量，并且飛船的加速度大于重力加速度時(shí)，測(cè)得的重量比在地球上大，如果是勻速運(yùn)動(dòng)，則測(cè)量的重量為零【答案】見解析二、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論例2按照愛因斯坦的廣義相對(duì)論，下列說法正確的是()A天體之間的引力作用是時(shí)空彎曲的原因B光線經(jīng)過太陽附近時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲C氫原子發(fā)射的光從太陽傳播到太空時(shí)，它的頻率會(huì)變低D光在真空中任何情況下都是沿直線傳播的【解析】根據(jù)廣義相對(duì)論，物質(zhì)的引力會(huì)使光線彎曲引力越強(qiáng)彎曲越厲害，因此在地球上看星體看到的位置與實(shí)際位置不符在引力強(qiáng)的星球附近時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，引力勢(shì)能的變化會(huì)引起波