高中物理鲁科版必修2学案：第6章第12节高速世界量子世界含解析

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1、第6章相对论与量子论初步知识脉络L相对性原理第1节高速世界第2节量子世界学习目标1.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.（重点）2.了解经典物理学的局限性，知道经典吋空观与相对论吋空观之间的关系.（重点）3•了解普朗克“量子假说”的背景和“量子假说”的主要内容，体会经典力学的局限性.4.了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性.（难点）爱因斯坦的狭义相对论O基础初探◊［先填空］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

2、同的形式.（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都一椒C=3X1O*m/s)・1.两个效应(1)时间延缓效应①在相对论时空观中，运动的时钟比静止的时钟走得慢.△厂一②关系式为=—,为运动时间，△(为静止时间.(2)长度收缩效应①在相对于物体运动着的惯性系中沿运动方向测出的物体长度，比在相对静止的惯性系中测出的长度变小.②关系式：r=八屮一±2.两种关系(1)质速关系①在经典力学中，物体的质量与物体的运动无关.但在相对论中，运动物体的质量随其运动速度的变化而变化.其中加为物体的运动质量,加仆为静止质量,0为物体相对

3、惯性系的运动速度.(2)质能关系①按照相对论及基木力学定律可推出质量和能量有如下关系：E=mcL，这就是著名的质能关系式.②质量和能量是物质不可分离的属性，当物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加，其关系为・［再判断］1.汽车运动时没发现长度变化，故狭义相对论是错误的.(X)2.由质能关系可知，质量就是能量，能量也就是质量，二者无区别.(X)3•时钟延缓效应是低速的时钟比高速的时钟走的慢.(X)［后思考］如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？【提示】不能.因为物体的质量随速度的增大而增

4、大，假若物体的速度趋近于光速，这时物体的质量会趋近于无穷大，故不可能把物体的速度增大到等于光速，当然更不可能大于光速，因为光速是速度的最大值.◊核心突破◊［合作探讨］探讨1:相对性原理和光速不变原理各表明了什么问题？【提示】(1)相对性原理表明：在某个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统该过程做出描述的物理定律形式不变.(2)光速不变原理表明：在一切惯性系中观测在真空中传播的光，不论沿任何方向，其速度大小都是c,与光源或观察者的运动无关.探讨2：时间延缓效应是不是指时钟走得慢了？长度收缩效应是不

5、是指物体长度变短了？【提示】不是.时间延缓效应和长度收缩效应说明在不同惯性系中观测时,测得的结果不同，是相对论时空观的体现，不是时钟真的变慢了或物体长度真的变短了.［核心点击］1•时间延缓效应在相对论时空观中，运动时钟与静止时钟的关系："=由上式可以/v看出gc,,因此如果某时钟所显示的某个物理过程经历的时间间隔小，我们称该时钟走得慢，所以我们说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•观测长度厂与静止长度/

6、之间的关系:r=寸-*,由丁所以厂.这种长度观测效应被称为长度收缩.2.质速关系m0在相对物体静止的参考系中测量，物体具有最小的质量")(称为静止质量);在相对物体以速度e运动的惯性系中测量，物体的运动质量为2.质能关系(1)经典物理学的观点：在经典物理学中，质量和能量是两个独立的概念.(2)和对论的观点：由相对论及基本力学定律可推出质量和能量的关系为E=me2,能量变化量和质量变化量关系为AE=A/7W2.◊题组冲关◊1.半人马星座a星是离太阳系最近的恒星，它距地球为4,3X1016m・设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座a星Z间.

7、(1)若宇宙飞船的速率为0.999c,按地球上时钟计算，飞船往返一次需多少时间？(2)如以飞船上时钟计算，往返一次的时间又为多少？【解析】(1)由于题中恒星与地球的距离5和宇宙飞船的速度v均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，地球时钟所测时间间隔Az=_^~=2.87X10*s.(2)可从相对论的时间延缓效应考虑.把飞船离开地球和回到地球视为两个事件，显然飞船上的钟测出两事件的时间间隔△厂是固定的，地球上所测的时间间隔&与△厂之间满足时间延缓效应的关系式.以飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间间隔为Af'=1.28X10^s.【答

8、案】(1)2.87X108s(2)1.28X107s2.一支静止时长/的火箭以。的速度从观察者的身边飞过.【导学号：01360177](1)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？(2)观察者测得火箭的长度应为多少？(3)如果