202X學(xué)年高中物理第6章相對論與量子論初步第1節(jié)高速世界課件魯科版必修2

1、第1節(jié)高速世界學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉核心提煉1.知道狹義相對論的兩個基本原理。知道狹義相對論的兩個基本原理。2.了解時間的延緩效應(yīng)和長度的收縮效應(yīng)。了解時間的延緩效應(yīng)和長度的收縮效應(yīng)。3.知道質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系。知道質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系。4.了解廣義相對論的內(nèi)容。了解廣義相對論的內(nèi)容。2個基本原理個基本原理相對性原理、光速不相對性原理、光速不變原理變原理2個效應(yīng)個效應(yīng)時間延緩效應(yīng)、長度收縮時間延緩效應(yīng)、長度收縮效應(yīng)效應(yīng)2個關(guān)系個關(guān)系質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系一、兩個根本原理和兩個效應(yīng)一、兩個根本原理和兩個效應(yīng)閱讀教材第閱讀教材第110114頁的內(nèi)容，了解高速世界的頁的內(nèi)容，了解高速世

2、界的“兩個根本原理和兩個根本原理和“兩個效應(yīng)。兩個效應(yīng)。1.兩個根本原理兩個根本原理(1)相對性原理：所有物理規(guī)律在一切相對性原理：所有物理規(guī)律在一切_中都具有中都具有_的形式。的形式。(2)光速不變原理：在一切光速不變原理：在一切_中，測量到的真空中的中，測量到的真空中的_都一樣都一樣(c3108 m/s)。慣性參照系慣性參照系一樣一樣慣性參照系慣性參照系光速光速c2.兩個效應(yīng)兩個效應(yīng)(1)時間延緩效應(yīng)時間延緩效應(yīng)在相對論時空觀中，在相對論時空觀中，_的時鐘比的時鐘比_的時鐘走得慢。的時鐘走得慢。關(guān)系式：關(guān)系式：t_，t為運動時間，為運動時間，t為靜止時間。為靜止時間。(2)長度收縮效應(yīng)長度

3、收縮效應(yīng)在相對于物體運動著的慣性系中沿運動方向測出的物體長度，比在相對靜止在相對于物體運動著的慣性系中沿運動方向測出的物體長度，比在相對靜止的慣性系中測出的長度的慣性系中測出的長度_。關(guān)系式：關(guān)系式：l_。高速運動高速運動靜止靜止短短思維拓展思維拓展我們平時為何觀察不到長度收縮效應(yīng)呢？我們平時為何觀察不到長度收縮效應(yīng)呢？二、質(zhì)速關(guān)系質(zhì)能關(guān)系時空彎曲二、質(zhì)速關(guān)系質(zhì)能關(guān)系時空彎曲閱讀教材第閱讀教材第114118頁的內(nèi)容，了解質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系和時空彎曲，能應(yīng)用相對頁的內(nèi)容，了解質(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。論知識解釋簡單的現(xiàn)象。1.質(zhì)速關(guān)系質(zhì)速關(guān)系當(dāng)物體在所處的慣性

4、參考系靜止時，質(zhì)量當(dāng)物體在所處的慣性參考系靜止時，質(zhì)量m0最小，稱為最小，稱為_。當(dāng)物體相對于。當(dāng)物體相對于某某慣性系以速度慣性系以速度v運動時，在此慣性系內(nèi)觀測它的質(zhì)量運動時，在此慣性系內(nèi)觀測它的質(zhì)量m_，物體的質(zhì)量，物體的質(zhì)量隨隨_的增大而的增大而_ 。在低速運動中，質(zhì)量的變化可以。在低速運動中，質(zhì)量的變化可以_。2.質(zhì)能關(guān)系質(zhì)能關(guān)系按照相對論及根本力學(xué)定律可得質(zhì)量和能量的關(guān)系為按照相對論及根本力學(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，稱為質(zhì)能關(guān)系式。物質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時，必然伴隨著質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時，必然伴隨著_的減少或增加，其關(guān)系為的減少或增加，其關(guān)系為E _。靜止質(zhì)

5、量靜止質(zhì)量速度速度增大增大忽略不計忽略不計mc2能量能量mc23.時空彎曲時空彎曲愛因斯坦的理想實驗：愛因斯坦的理想實驗：(1)科學(xué)預(yù)言：科學(xué)預(yù)言：_能使光線彎曲，能使光線彎曲， _也能使光線彎曲。在宇宙中，物也能使光線彎曲。在宇宙中，物質(zhì)質(zhì)_大、大、 _高的區(qū)域時空彎曲大；物質(zhì)高的區(qū)域時空彎曲大；物質(zhì)_的地方，時空彎曲小。的地方，時空彎曲小。(2)實驗驗證：恒星的光線在太陽附近彎曲的數(shù)值實驗驗證：恒星的光線在太陽附近彎曲的數(shù)值,與廣義相對論的理論預(yù)言相當(dāng)吻合。與廣義相對論的理論預(yù)言相當(dāng)吻合。(3)進一步推理：光線在引力場中的彎曲可等效為空間本身被引力彎曲。引力不但影進一步推理：光線在引力場中

6、的彎曲可等效為空間本身被引力彎曲。引力不但影響響_ ，而且影響，而且影響_即時空彎曲。即時空彎曲。慣性系內(nèi)觀測它的質(zhì)量慣性系內(nèi)觀測它的質(zhì)量m _ ，物體的質(zhì)量隨，物體的質(zhì)量隨_的增大而的增大而_。在低速運動中，質(zhì)量的變化可以在低速運動中，質(zhì)量的變化可以_ 。加速運動加速運動引力引力質(zhì)量質(zhì)量密度密度稀少稀少空間空間時間時間速度速度增大增大忽略不計忽略不計思考判斷思考判斷(1)物體所含物質(zhì)的多少會隨速度的變化而變化。物體所含物質(zhì)的多少會隨速度的變化而變化。()(2)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式Emc2說明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比。說明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比。()(3)時空彎曲是在

7、引力場或慣性系中產(chǎn)生的。時空彎曲是在引力場或慣性系中產(chǎn)生的。()答案答案(1)(2)(3)對對“兩個根本原理和兩個根本原理和“兩個效應(yīng)的理兩個效應(yīng)的理解解要點歸納要點歸納1.兩個根本原理兩個根本原理(1)相對性原理：物理學(xué)定律與慣性系的選擇無關(guān)。相對性原理：物理學(xué)定律與慣性系的選擇無關(guān)。(2)光速不變原理：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光速不變原理：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。觀測到的真空中的光速都是相等的。2.兩個效應(yīng)兩個效應(yīng)精典例如精典例如例例1 (多項選擇多項選擇)一列很長的火車在沿平直車道飛快地勻速行

8、駛，車廂中央有一個光源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選項是發(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選項是()A.車上的觀察者認為兩個事件是同時的車上的觀察者認為兩個事件是同時的B.車上的觀察者認為光先到達后壁車上的觀察者認為光先到達后壁C.地面上的觀察者認為兩個事件是同時的地面上的觀察者認為兩個事件是同時的D.地面上的觀察者認為光到達前壁的時刻晚些地面上的觀察者認為光到達前壁的時刻晚些解析因為車廂是個慣性系，光向前、后傳播的速度一樣，光源又在車廂的中央，閃解析因為車廂是個慣性系

9、，光向前、后傳播的速度一樣，光源又在車廂的中央，閃光當(dāng)然會同時到達前、后兩壁，光當(dāng)然會同時到達前、后兩壁，A對。地面上的觀察者認為地面是一個慣性系，閃光對。地面上的觀察者認為地面是一個慣性系，閃光向前、后傳播的速度相對地面也是一樣的，但閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進向前、后傳播的速度相對地面也是一樣的，但閃光飛向兩壁的過程中，車廂向前行進了一段距離，所以向前的光傳播的路程長些，到達前壁的時間也就晚些，故了一段距離，所以向前的光傳播的路程長些，到達前壁的時間也就晚些，故D也對。也對。答案答案AD理解相對論效應(yīng)的兩點注意理解相對論效應(yīng)的兩點注意(1)時間延緩效應(yīng)是一種觀測效應(yīng)，不是時鐘走快了或

10、走慢了，也不是被觀測過程時間延緩效應(yīng)是一種觀測效應(yīng)，不是時鐘走快了或走慢了，也不是被觀測過程的節(jié)奏變化了。的節(jié)奏變化了。(2)長度收縮效應(yīng)也是一種觀測效應(yīng)，不是物體本身發(fā)生了收縮。另外，在垂直于長度收縮效應(yīng)也是一種觀測效應(yīng)，不是物體本身發(fā)生了收縮。另外，在垂直于運動方向上不會發(fā)生收縮效應(yīng)。運動方向上不會發(fā)生收縮效應(yīng)。針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1 在一個飛船上測得船的長度為在一個飛船上測得船的長度為100 m，高度為，高度為10 m，當(dāng)飛船以，當(dāng)飛船以0.60c的速度的速度從你身邊經(jīng)過時，按你的測量，飛船的高度和長度各為多少？從你身邊經(jīng)過時，按你的測量，飛船的高度和長度各為多少？答案答案10 m80 m對

11、對“相對論中兩個關(guān)系的理相對論中兩個關(guān)系的理解解要點歸納要點歸納1.質(zhì)速關(guān)系質(zhì)速關(guān)系(1)經(jīng)典物理學(xué)的觀點經(jīng)典物理學(xué)的觀點經(jīng)典力學(xué)認為物體的質(zhì)量是物體的固有屬性，由物體所含物質(zhì)的多少決定，與物體經(jīng)典力學(xué)認為物體的質(zhì)量是物體的固有屬性，由物體所含物質(zhì)的多少決定，與物體所處的時空和運動狀態(tài)無關(guān)。由牛頓第二定律所處的時空和運動狀態(tài)無關(guān)。由牛頓第二定律Fma可知，只要物體的受力足夠大、可知，只要物體的受力足夠大、作用時間足夠長，物體將能加速到光速或超過光速。作用時間足夠長，物體將能加速到光速或超過光速。2.質(zhì)能關(guān)系質(zhì)能關(guān)系(1)經(jīng)典物理學(xué)的觀點經(jīng)典物理學(xué)的觀點在經(jīng)典物理學(xué)中，質(zhì)量和能量是兩個獨立的概念

12、。在經(jīng)典物理學(xué)中，質(zhì)量和能量是兩個獨立的概念。(2)相對論的觀點相對論的觀點由相對論及根本力學(xué)定律可推出質(zhì)量和能量的關(guān)系為由相對論及根本力學(xué)定律可推出質(zhì)量和能量的關(guān)系為Emc2或或Emc2。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系，人們利用重核裂變反響前、后質(zhì)量虧損釋放大量能量發(fā)根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系，人們利用重核裂變反響前、后質(zhì)量虧損釋放大量能量發(fā)電及制造原子彈。電及制造原子彈。精典例如精典例如例例2 如果真空中的光速為如果真空中的光速為c3108 m/s，當(dāng)一個物體的運動速度為，當(dāng)一個物體的運動速度為v12.4108 m/s時，質(zhì)量為時，質(zhì)量為3 kg，當(dāng)它的速度為，當(dāng)它的速度為v21.8108 m/s時，質(zhì)量為多少？時，質(zhì)量為多少？思路探究思路探究(1)在高速運動問題中，物體的質(zhì)量還是恒定不變的嗎？在高速運動問題中，物體的質(zhì)量還是恒定不變的嗎？(2)相對論中，物體的質(zhì)量與速度的關(guān)系式：相對論中，物體的質(zhì)量與速度的關(guān)系式：m_。答案答案2.25 kg質(zhì)量和能量的兩點注意質(zhì)量和能量的兩點注意(1)質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可別離的屬性。質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可別離的屬性。(2)任何靜止質(zhì)量不為零的物體都