高中物理 第6章 相对论与量子论初步 第1讲 高速世界学案 鲁科版必修2

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1、第1讲　高速世界[目标定位]　1.初步了解爱因斯坦相对论建立的背景.2.了解高速世界的两个基本原理，知道时间延缓、长度缩短、质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对论知识解释简单的现象.3.了解经典物理学的局限，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系．一、高速世界的两个基本原理1．相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有____________．2．光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的______中的光速c________.二、时间延缓效应1．内容：将一只高速运动的时钟与另一系列静止的同步钟相比较，发现___

2、_________变慢了，这个效应叫做时间延缓效应，时间延缓效应也称作时间膨胀．2．表达式：________________________.三、长度收缩效应1．内容：一个一维物体相对另一惯性系沿自身长度方向匀速运动时，长度变短了，称这种效应为____________．2．公式：l′＝l想一想　我们平时为何观察不到这种长度收缩效应呢？四、质速关系在经典力学中，物体的质量与物体的______无关．但在相对论中，运动物体的质量随其__________的变化而变化．m＝其中m为物体的__________，m0为_________

3、_，v为物体相对惯性系的运动速度．想一想　一个物体被加速、加速、再加速，它的速度会增大到等于甚至大于光速c吗？为什么？五、质能关系按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E＝______，称为质能关系式．物质的质量减少(或增加)时，必然伴随________的减少(或增加)，其关系为ΔE＝______.六、时空弯曲　爱因斯坦的理想实验：1．科学预言：__________能使光线弯曲，______也能使光线弯曲．在宇宙中，物质______大、______高的区域时空弯曲大；物质______的地方，时空弯曲小．2．实验验证

4、：恒星的光线在太阳附近弯曲数据与广义相对论预言相当吻合．3．进一步推理：光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲．引力不但影响______，而且影响______即时空弯曲.一、对“两个基本原理”和“两个效应”的理解1．两个基本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式．也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关．(2)光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样．也就是说，不管光源与观察者的相对运动如何，在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的光速都是相等的．2．两个效应(1)

5、时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准过的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些．这已被高精度的铯原子钟超高速环球飞行实验证实．在相对论时空观中，运动时钟时间与静止时钟时间的关系：Δt＝.由于v＜c，所以Δt＞Δt′，即运动的钟比静止的钟走得慢．这种效应被称为时间延缓．(2)长度收缩效应：按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关．观测长度l′与静止长度l之间的关系：l′＝l，由于v＜c，所以l′＜l.这种长度观测效应被称为长度收缩

6、．例1　关于狭义相对论的基本假设，下列说法正确的是(　　)A．在不同惯性系中，力学规律都是相同的B．在不同的惯性系中，真空中的光速是不同的C．在不同参照系中，一切物理规律都是相同的D．对任何惯性系，真空中的光速都是相同的针对训练1　一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁．对这两个事件说法正确的是(　　)A．车上的观察者认为两个事件是同时的B．车上的观察者认为光先到达后壁C．地面上的观察者认为两个事件是同时的D．地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些二、对质速关系

7、和质能关系的理解1．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝.(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0.2．相对论质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc2.例2　太阳内部不停地发生着剧烈的热核反应，太阳每秒钟向外释放的能量约为3.8×1026J，则太阳的质量每秒钟减少多少？针对训练2　一被加速器加速的电子，其能量为3.0×109eV，试问：(1)此时电子的质量是其静质量的多少倍？(2)此时电子的速率

8、为多少？(电子的静质量为0.91×10－30kg)高速世界的两个基本原理1．如图1所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c.强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光速的传播速度为(　　)图1A．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c时间延缓