2018_2019学年高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界学案鲁科版必修

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1、第1节　高速世界学习目标核心提炼1.知道狭义相对论的两个基本原理。2.了解时间的延缓效应和长度的收缩效应。3.知道质速关系和质能关系。4.了解广义相对论的内容。2个基本原理——相对性原理、光速不变原理2个效应——时间延缓效应、长度收缩效应2个关系——质速关系、质能关系一、两个基本原理和两个效应阅读教材第110～114页的内容，了解高速世界的“两个基本原理”和“两个效应”。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。(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(c＝3×108m/s)。2.两个效应(1)时间延缓效应①在

2、相对论时空观中，高速运动的时钟比静止的时钟走得慢。②关系式：Δt＝，Δt为运动时间，Δt′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短。②关系式：l′＝l。思维拓展我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？答案　根据长度收缩效应表达式l′＝l，因为我们生活在低速世界中，v≪c，l′10近似等于l，故此现象不明显。二、质速关系　质能关系　时空弯曲阅读教材第114～118页的内容，了解质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对论知识解释简单的现象。1.质速关系当物体在所处的惯性参考系静止时，质量m0最小，称为静止质

3、量。当物体相对于某惯性系以速度v运动时，在此惯性系内观测它的质量m＝，物体的质量随速度的增大而增大。在低速运动中，质量的变化可以忽略不计。2.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＝mc2，称为质能关系式。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ΔE＝Δmc2。3.时空弯曲爱因斯坦的理想实验：(1)科学预言：加速运动能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲。在宇宙中，物质质量大、密度高的区域时空弯曲大；物质稀少的地方，时空弯曲小。(2)实验验证：恒星的光线在太阳附近弯曲的数值，与广义相对论的理论预言相当吻合。(3)进一步推理：光线在引力场中的弯曲可

4、等效为空间本身被引力弯曲。引力不但影响空间，而且影响时间即时空弯曲。惯性系内观测它的质量m＝，物体的质量随速度的增大而增大。在低速运动中，质量的变化可以忽略不计。思考判断(1)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。(　　)(2)爱因斯坦质能关系式E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比。(　　)(3)时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。(　　)答案　(1)×　(2)√　(3)×10　对“两个基本原理”和“两个效应”的理解[要点归纳]1.两个基本原理(1)相对性原理：物理学定律与惯性系的选择无关。(2)光速不变原理：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

5、到的真空中的光速都是相等的。2.两个效应(1)时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，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音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vΔt′，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

6、][例1](多选)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解析　因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前、后两壁，A对。地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度相对地面也是相同的，但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些

7、，故D也对。答案　AD10理解相对论效应的两点注意(1)时间延缓效应是一种观测效应，不是时钟走快了或走慢了，也不是被观测过程的节奏变化了。(2)长度收缩效应也是一种观测效应，不是物体本身发生了收缩。另外，在垂直于运动方向上不会发生收缩效应。[针对训练1]在一个飞船上测得船的长度为100m，高度为10m，当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？解析　因为长度收缩只发生在运动的方向上，在垂直于运动方向上的长度不发生这种效应，故飞船的高度仍为10m，若测得飞船