201x-201x學(xué)年高中物理 第6章 相對論與量子論初步 第1講 高速世界 魯科版必修

1、第6章第第1講高速世界講高速世界目標(biāo)定位目標(biāo)定位1.初步了解愛因斯坦相對論建立的背景.2.了解高速世界的兩個基本原理，知道時間延緩、長度縮短、質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系和時空彎曲，能應(yīng)用相對論知識解釋簡單的現(xiàn)象.3.了解經(jīng)典物理學(xué)的局限，知道經(jīng)典時空觀與相對論時空觀之間的關(guān)系.1預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理識記點撥 2 課堂講義課堂講義 理解深化探究3對點練習(xí)對點練習(xí) 鞏固應(yīng)用反饋欄目索引欄目索引 CONTENTS PAGE 一、高速世界的兩個基本原理一、高速世界的兩個基本原理1.相對性原理：所有物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有 .2.光速不變原理：在一切慣性參照系中，測量到的 中的光速c .相同的形式真空

2、都一樣二、時間延緩效應(yīng)二、時間延緩效應(yīng)1.內(nèi)容：將一只高速運動的時鐘與另一系列靜止的同步鐘相比較，發(fā)現(xiàn) 變慢了，這個效應(yīng)叫做時間延緩效應(yīng)，時間延緩效應(yīng)也稱作時間膨脹.運動的鐘三、長度收縮效應(yīng)三、長度收縮效應(yīng)1.內(nèi)容：一個一維物體相對另一慣性系沿自身長度方向勻速運動時，長度變短了，稱這種效應(yīng)為.長度收縮想一想想一想我們平時為何觀察不到這種長度收縮效應(yīng)呢？答案答案由長度收縮效應(yīng)表達(dá)式四、質(zhì)速關(guān)系四、質(zhì)速關(guān)系在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量與物體的 無關(guān).但在相對論中，運動物體的質(zhì)量隨其 的變化而變化.運動運動速度其中m為物體的 ，m0為 ，v為物體相對慣性系的運動速度.運動質(zhì)量靜止質(zhì)量想一想想一想一個物體

3、被加速、加速、再加速，它的速度會增大到等于甚至大于光速c嗎？為什么？答案答案由質(zhì)速關(guān)系可知，物體的質(zhì)量隨著速度的增大而增大，當(dāng)速度接近光速時，物體的質(zhì)量趨于無窮大，物體的加速度趨于零，因此物體被加速時，其速度不可能等于甚至大于光速. 五、質(zhì)能關(guān)系五、質(zhì)能關(guān)系按照相對論及基本力學(xué)定律可得質(zhì)量和能量的關(guān)系為E ，稱為質(zhì)能關(guān)系式.物質(zhì)的質(zhì)量減少(或增加)時，必然伴隨 的減少(或增加)，其關(guān)系為E .mc2能量mc2六、時空彎曲六、時空彎曲愛因斯坦的理想實驗：1.科學(xué)預(yù)言： 能使光線彎曲， 也能使光線彎曲.在宇宙中，物質(zhì) 大、 高的區(qū)域時空彎曲大；物質(zhì)的地方，時空彎曲小.2.實驗驗證：恒星的光線在太陽

4、附近彎曲數(shù)據(jù)與廣義相對論預(yù)言相當(dāng)吻合.3.進(jìn)一步推理：光線在引力場中的彎曲可等效為空間本身被引力彎曲.引力不但影響 ，而且影響 即時空彎曲.加速運動引力能量密度稀少空間時間一、對一、對“兩個基本原理兩個基本原理”和和“兩個效應(yīng)兩個效應(yīng)”的理解的理解1.兩個基本原理(1)相對性原理：所有物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形式.也就是說，物理學(xué)定律與慣性系的選擇無關(guān).(2)光速不變原理：在一切慣性參照系中，測量到的真空中的光速c都一樣.也就是說，不管光源與觀察者的相對運動如何，在任一慣性系中的觀察者所觀測到的真空中的光速都是相等的.2.兩個效應(yīng)(1)時間延緩效應(yīng)：愛因斯坦曾預(yù)言，兩個校準(zhǔn)過的鐘

5、，當(dāng)一個沿閉合路線運動返回原地時，它記錄的時間比原地不動的鐘會慢一些.這已被高精度的銫原子鐘超高速環(huán)球飛行實驗證實.在相對論時空觀中，運動時鐘時間與靜止時鐘時間的關(guān)系：例例1關(guān)于狹義相對論的基本假設(shè)，下列說法正確的是()A.在不同慣性系中，力學(xué)規(guī)律都是相同的B.在不同的慣性系中，真空中的光速是不同的C.在不同參照系中，一切物理規(guī)律都是相同的D.對任何慣性系，真空中的光速都是相同的解析解析狹義相對論的基本假設(shè)均建立在慣性參考系的基礎(chǔ)上，故A、D正確.AD針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1一列很長的火車在沿平直車道飛快地勻速行駛，車廂中央有一個光源發(fā)出了一個閃光，閃光照到車廂的前壁和后壁.對這兩個事件說法正確的是

6、()A.車上的觀察者認(rèn)為兩個事件是同時的B.車上的觀察者認(rèn)為光先到達(dá)后壁C.地面上的觀察者認(rèn)為兩個事件是同時的D.地面上的觀察者認(rèn)為光到達(dá)前壁的時刻晚些解析解析因為車廂是個慣性系，光向前、后傳播的速度相同，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會同時到達(dá)前后兩壁，A對.地面上的觀察者認(rèn)為地面是一個慣性系，閃光向前、后傳播的速度對地面也是相同的，但閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進(jìn)了一段距離，所以向前的光傳播的路程長些，到達(dá)前壁的時間也就晚些，故D也對.答案答案AD二、對質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系的理解二、對質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系的理解1.相對論的質(zhì)速關(guān)系(1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運動時的質(zhì)

7、量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：(2)物體運動時的質(zhì)量總要大于靜止時的質(zhì)量m0.2.相對論質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為：Emc2.例例2太陽內(nèi)部不停地發(fā)生著劇烈的熱核反應(yīng)，太陽每秒鐘向外釋放的能量約為1026 J，則太陽的質(zhì)量每秒鐘減少多少？解析解析太陽向外釋放出巨大的能量必然伴隨著自身質(zhì)量的減少，由Emc2得太陽每秒減少的質(zhì)量為答案答案109 kg針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練2一被加速器加速的電子，其能量為109 eV，試問：(1)此時電子的質(zhì)量是其靜質(zhì)量的多少倍？解析解析由愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2有答案答案5 857倍(2)此時電子的速率為多少？(電子的靜

8、質(zhì)量為1030 kg)答案答案0.999 999 985c1.如圖1所示，強強乘坐速度為c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為c.強強向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測到該光速的傳播速度為()高速世界的兩個基本原理高速世界的兩個基本原理圖1cccc解析解析根據(jù)光速不變原理，在任何參照系中測量的光速都是c，D正確.答案答案D2.如果飛船以c的速度從你身邊飛過，飛船上的人看飛船上的一個燈亮了10 min，你觀測到這個燈亮的時間約為多少？時間延緩效應(yīng)和長度收縮效應(yīng)時間延緩效應(yīng)和長度收縮效應(yīng)解析解析設(shè)觀測燈亮的時間為t，則答案答案約15 min3.慣性系S中有一邊長為l的正方形(如下圖所示)，從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測得該正方形的圖象是()答案答案C質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系4.為了直接驗證愛因斯坦狹義相對論中著名的質(zhì)能方程Emc2，科學(xué)家用中子轟擊鈾原子，分別測出原子捕獲中子前后質(zhì)量的變化以及核反應(yīng)過程中放出的能量，然后進(jìn)行比較，精確