201x-201x學年高中物理 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定位目標定位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)速關系、質(zhì)能關系和時空彎曲，能應用相對論知識解釋簡單的現(xiàn)象.3.了解經(jīng)典物理學的局限，知道經(jīng)典時空觀與相對論時空觀之間的關系.1預習導學預習導學 梳理識記點撥 2 課堂講義課堂講義 理解深化探究3對點練習對點練習 鞏固應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、時間延緩效應二、時間延緩效應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，這個效應叫做時間延緩效應，時間延緩效應也稱作時間膨脹.運動的鐘三、長度收縮效應三、長度收縮效應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呢？答案答案由長度收縮效應表達式四、質(zhì)速關系四、質(zhì)速關系在經(jīng)典力學中，物體的質(zhì)量與物體的 無關.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)速關系可知，物體的質(zhì)量隨著速度的增大而增大，當速度接近光速時，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)能關系五、質(zhì)能關系按照相對論及基本力學定律可得質(zhì)量和能量的關系為E ，稱為質(zhì)能關系式.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.科學預言： 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)與廣義相對論預言相當吻合.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“兩個效應兩個效應”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，物理學定律與慣性系的選擇無關.(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(1)時間延緩效應：愛因斯坦曾預言，兩個校準過的鐘

5、，當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系：例例1關于狹義相對論的基本假設，下列說法正確的是()A.在不同慣性系中，力學規(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均建立在慣性參考系的基礎上，故A、D正確.AD針對訓練針對訓練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.車上的觀察者認為兩個事件是同時的B.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D.地面上的觀察者認為光到達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.答案答案AD二、對質(zhì)速關系和質(zhì)能關系的理解二、對質(zhì)速關系和質(zhì)能關系的理解1.相對論的質(zhì)速關系(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，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針對訓練針對訓練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)出一束光進行聯(lián)絡，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？時間延緩效應和長度收縮效應時間延緩效應和長度收縮效應解析解析設觀測燈亮的時間為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)速關系和質(zhì)能關系質(zhì)速關系和質(zhì)能關系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過程中放出的能量，然后進行比較，精確