《高速世界》參考教案2

1第1節(jié)高速世界太陽第6章相對論與量子論初步2

1.初步了解愛因斯坦創(chuàng)立相對論的背景，理解并掌握狹義相對論的兩個基本假設(shè)的內(nèi)容。

2.了解“同時”的相對性，掌握長度的相對性和時間間隔的相對性。

3.了解相對論速度變化公式

4.了解相對論質(zhì)量變化公式

5.知道質(zhì)能方程，了解廣義相對性原理和等效原理及其幾個結(jié)論3在19世紀與20世紀之交（1900年前后），許多人認為物理學(xué)這座莊嚴雄偉、動人心弦的科學(xué)殿堂已經(jīng)基本建成了。只是“物理學(xué)晴朗天空的遠處，漂浮著兩朵小小的令人不安的烏云?！眱啥錇踉疲哼~克爾孫—莫雷實驗熱輻射實驗邁入新世界4高速世界的兩個基本原理

相對論主要是關(guān)于物質(zhì)運動與時間空間關(guān)系的理論.其中局限于慣性參考系的理論稱為狹義相對論，推廣到一般參考系和包括引力場在內(nèi)的理論稱為廣義相對論.

提出原因：邁克爾孫—莫雷實驗結(jié)論與經(jīng)典時空觀及衍生出的以太學(xué)說相違背.Einstein通過對電磁理論研究，意識到實驗的困境是由于時空觀造成的.于是，他徹底拋棄“以太”的概念，提出相對論的兩條基本假設(shè).基于這兩條基本假設(shè)，愛因斯坦建立了狹義相對論，把物理學(xué)推進到高速領(lǐng)域.相對論5經(jīng)典時空觀時間和空間彼此獨立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)或運動的影響

經(jīng)典時空觀的幾個基本結(jié)論：

①同時的絕對性②時間間隔的絕對性③空間距離的絕對性經(jīng)典時空觀與相對論時空觀6相對論時空觀狹義相對論的兩個基本假設(shè)相對性原理

——所有的物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形式光速不變原理

——在一切慣性參照系中，測量到的真空中的光速c都是一樣的7①時間延緩效應(yīng)：運動的時鐘變慢②長度收縮效應(yīng)：運動的尺子縮短③質(zhì)速關(guān)系：物體質(zhì)量隨著速度的增大而增大④質(zhì)能關(guān)系：質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可分離的屬性【注意】只有高速運動時，以上效應(yīng)才明顯狹義相對論的基本結(jié)論8時間延緩效應(yīng)9分析：在此過程中，車上的鐘走過的時間為，稱固有時.靜止在地面上的觀察者看來，由于列車在高速行駛測得該過程經(jīng)歷的時間為設(shè)車廂高度為h，列車行駛速度為v,則10【答案】C時鐘走最慢，A走最快。例1：A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB<vC，地面上的觀察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？11長度收縮效應(yīng)

設(shè)一個一維物體，相對于它靜止的觀測者測其長度為

l(靜止長度或固有長度)，該物體相對另一慣性系沿自身長度方向以勻速ν運動，則在此慣性系中的觀察者測該物體的長度為：12質(zhì)速關(guān)系

當(dāng)物體在所處的慣性系靜止時，它具有最小的質(zhì)量m0,這個質(zhì)量叫靜止質(zhì)量.若物體以速度ν相對某慣性系運動時，在這個慣性系觀測它的質(zhì)量為：13

高速運動的物體其質(zhì)量測得值會非常大，并隨著速度趨于光速c而無限增大.

但事實告訴我們，一個真實的物體質(zhì)量是確定值、有限大結(jié)論：一個真實的、靜止質(zhì)量不為零的物體，相對任何慣性的運動速度都不可能達到或超過光速c.表明：14質(zhì)能關(guān)系

按照相對論及基本力學(xué)定律可推導(dǎo)出質(zhì)量和能量具有如下關(guān)系：------著名的質(zhì)能關(guān)系式說明：（1）質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可分離的屬性；（2）能量變化量和質(zhì)量變化量關(guān)系式為：（3）任何靜質(zhì)量不為零的物體都貯存著巨大的能量：15

愛因斯坦廣義相對論原理（1916年）

在任何參考系中(包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是相同的，稱為廣義相對性原理。等效原理：一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。

物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲，引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別161.1905年愛因斯坦提出了狹義相對論，狹義相對論的出發(fā)點是以兩條基本假設(shè)為前提的，這兩條基本假設(shè)是（）A.同時的絕對性與同時的相對性B.運動的時鐘變慢與運動的尺子縮短C.時間間隔的絕對性與空間距離的絕對性D.相對性原理與光速不變原理D172.為了直接驗證愛因斯坦狹義相對論中著名的質(zhì)能方程E=mc2，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)過程放出的能量，然后進行比較，精確驗證了質(zhì)能方程的正確性。設(shè)捕獲中子前的原子質(zhì)量為m1，捕獲中子后的原子質(zhì)量為m2，被捕獲的中子質(zhì)量為m3，核反應(yīng)過程放出的能量為ΔE，則這一實驗需驗證的關(guān)系式是()A.ΔE=(m1－m2－m3)c2B.ΔE=(m1+m3－m2)c2C.ΔE=(m2－m1－m3)c2D.ΔE=(m2－m1+m3)c2B183.如圖所示，按照狹義相對論的觀點，火箭B是“追趕”光的；火箭A是“迎著”光飛行的，若火箭相對地面的速度為v，則兩火箭上的觀察者測出的光速分別為

()A．,B．,C．,D．無法確定BAB19相對論時空觀狹義相對論的兩個基本假設(shè)相對性原理

——所有的物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形式光速不變原理

——在一切慣性參照系中，測量到的真空中