高中物理滬科2案：第6章 3 愛因斯坦心目中的宇宙（選） 含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)案3愛因斯坦心目中的宇宙（選學(xué)）[目標(biāo)定位]1.知道同時的相對性和時空的相對性.2.知道兩個奇特的效應(yīng)-—尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。3.知道愛因斯坦的質(zhì)速公式和質(zhì)能關(guān)系公式．一、愛因斯坦的時空觀[問題設(shè)計]一列火車在做勻速直線運動,在某車廂中央的一個人點燃一支蠟燭．他看到車廂前后兩壁是否同時被照亮,地面上的人看到的情況呢？但有了光速不變原理時，情況就不一樣了，當(dāng)火車速度較大時，地面上的人將認(rèn)為光先到達(dá)哪個壁？［要點提煉］1．同時的相對性在經(jīng)典物理學(xué)中，如果兩個事件在一個參考系中認(rèn)為是同時的，則在另一個參考系中一定也是同時的，而根據(jù)愛因斯坦的兩條基本公設(shè)，同時是相對的．2．時空的相對性(1)時間和空間是不能絕對定義的，它們與物體的運動速度有關(guān)．（2)根據(jù)光速不變原理和時空的性質(zhì)，可導(dǎo)出如下關(guān)系式：x＝eq\f（x′＋vt′，\r(1－\f(v2，c2）))，t＝eq\f(t′＋\f（v,c2）x′，\r（1－\f（v2，c2）)）其中，x、x′——位置;t、t′——時間；v——速度;c——光速．二、兩個奇特的效應(yīng)1．長度收縮效應(yīng)(尺縮效應(yīng))相對于地面以一定速度運動的物體,從地面上看，沿著運動方向上放置的棒，長度變短了,速度越大，變短得越多．尺縮效應(yīng)也是一種相對效應(yīng)．靜止參考系中沿運動方向放置的棒，在運動的參考系中測量，其長度也要收縮．2．時間延緩效應(yīng)(鐘慢效應(yīng))在一個相對我們做高速運動的慣性系中發(fā)生的物理過程，在我們看來,它所經(jīng)歷的時間比在這個慣性系中直接觀察到的時間長．慣性系的速度越大，我們觀察到的過程經(jīng)歷的時間越長．鐘慢效應(yīng)也是相對的．比如我們在地面上認(rèn)為飛船上的時間進(jìn)程變長，而飛船上的觀察者認(rèn)為地面上的時間進(jìn)程也變長．三、愛因斯坦的質(zhì)速公式質(zhì)能關(guān)系1．質(zhì)速公式在相對物體靜止的參考系中測量，物體具有最小的質(zhì)量m0(稱為靜止質(zhì)量）．在相對物體以速度v運動的慣性系中測量，物體的運動質(zhì)量為m＝eq\f(m0，\r(1－\f（v,c）2））由于v<c，所以m〉m0，速度v越大，運動質(zhì)量也越大．2．質(zhì)能關(guān)系任何質(zhì)量m都對應(yīng)著一定的能量mc2，其關(guān)系式為E＝mc2.質(zhì)能關(guān)系公式也可寫成ΔE＝Δmc2,由公式可以看出，隨著一個物體質(zhì)量的減少，會釋放出一定的能量;與此同時，另一物體吸收了能量，質(zhì)量也會隨之增加．一、對同時的相對性的理解例1如圖1所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C，假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛,當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是（)圖1A．同時被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．無法判斷二、尺縮效應(yīng)例2慣性系S中有一邊長為l的正方形（如圖A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此正方形的圖形是(）三、愛因斯坦的質(zhì)速公式例3一個靜止質(zhì)量m0＝1kg的物體，與地球一起繞太陽公轉(zhuǎn)的速度為30m/s，在相應(yīng)的慣性參考系中，觀測者測得該物體的質(zhì)量為多少？1．(尺縮效應(yīng)的理解）假設(shè)地面上有一列火車以接近光速的速度運行,其內(nèi)站立著一個中等身材的人，站在路旁的人觀察車?yán)锏娜耍^察的結(jié)果是()A．這個人是一個矮胖子 B．這個人是一個瘦高個子C．這個人矮但不胖 D．這個人瘦但不高2．（時間延緩效應(yīng)）如圖2所示，有三個完全相同的時鐘,時鐘A放在地面上，時鐘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。對于地面上的觀察者，以下說法中正確的是(）圖2A．時鐘A走得最慢 B．時鐘B走得最慢C．時鐘C走得最慢 D．時鐘C走得最快3．(對質(zhì)速公式的理解）對于公式m＝eq\f(m0，\r（1－\b\lc\(\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f（v,c)））2))，下列說法中正確的是（）A．公式中的m0是物體以速度v運動時的質(zhì)量B．當(dāng)物體運動速度v>0時，物體的質(zhì)量m〉m0，即物體的質(zhì)量改變了,故經(jīng)典力學(xué)不適用C．當(dāng)物體以較小的速度運動時，質(zhì)量變化十分微小,經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用，只有當(dāng)物體以接近光速運動時，質(zhì)量變化才明顯，故經(jīng)典力學(xué)僅適用于低速運動,而不適用于高速運動D．通常由于物體的速度太小，質(zhì)量的變化引不起我們的感覺，在分析地球上物體的運動時，不必考慮質(zhì)量變化答案精析第6章經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué)案3愛因斯坦心目中的宇宙(選學(xué))知識探究一問題設(shè)計車廂內(nèi)的人和地面上的人都看到前后壁同時被照亮．當(dāng)火車速度較大時，地面上的人認(rèn)為光先到達(dá)后壁．典例精析例1C[本題考查了同時的相對性，列車上的觀測者認(rèn)為B塔發(fā)出的光對于自己的傳播速度是相同的,而相對觀測者C塔靠近，A塔遠(yuǎn)離，因此相對觀測者光向C傳播的路程小于向A傳播的路程，所以C先被照亮,選項C正確．］例2C[根據(jù)相對性原理，當(dāng)正方形沿x方向以接近光速勻速飛行時，在運動方向上會出現(xiàn)尺縮效應(yīng)，而在垂直于運動方向上則不會出現(xiàn)尺縮效應(yīng)，故選項C正確．］例31。00000005kg解析由愛因斯坦的質(zhì)速公式m＝eq\f（m0，\r（1－\f(v,c)2))得m＝eq\f(1,\r(1－\f（30,3×108）2））kg＝1。0