2017-2018学年高中物理 第6章 相对论与量子论初步 第1节 高速世界教学案 鲁科版必修2.doc

《2017-2018学年高中物理 第6章 相对论与量子论初步 第1节 高速世界教学案 鲁科版必修2.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第1节高速世界1．高速世界的两个基本原理相对性原理：所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。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．高速世界的两个效应时间延缓效应：运动的钟比静止的钟走得慢。长度收缩效应：运动的物体的观测长度比静止的短。3．两种关系质速关系：m＝质能关系：E＝mc2，当物体的质量减少或增加时必然伴随着能量的减少或增加。4．加速运动能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲；光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了。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相同的形式。2．光速不变原理在

2、一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样。由这两条假设所建立的理论叫做狭义相对论。二、狭义相对论的结论1．时间延缓效应对同一个物理事件，在静止参考系中观测所经历的时间为Δt，在高速运动的参考系中观测所经历的时间为Δt′，则有Δt＝。2．长度收缩效应设静止物体长为l，在此长度方向上运动的速度为v时，在此惯性系中测量长度为l′，则由狭义相对论会得出如下关系式：l′＝l。3．质速关系经典力学中，物体的质量既不随位置的变化而变化，也不随速度的变化而变化。但是基于相对论和其他物理原理，可推出物质的质量是变化的，当物体所处的惯性参照系静止时，它具有最小的质量m0，这个质量叫做静止质量。当物体以速度

3、v相对某惯性系运动时，在这个惯性系观测它的质量为m＝。4．质能关系爱因斯坦对质量和能量给出了如下关系式：E＝mc2或ΔE＝Δmc2。三、时空弯曲1．爱因斯坦认为加速运动和引力作用对轨迹的弯曲是等效的。如果加速能使光线弯曲，那么引力也能使光线弯曲。2．按照广义相对论，光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了。引力不但影响空间，还影响时间，此影响可描述为时空弯曲。1．自主思考——判一判(1)经典力学在任何情况下都适用。(×)(2)时间延缓效应是说时钟走得慢了。(×)(3)长度的收缩效应表明物体真实长度变小。(×)(4)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。(×)(5)爱因斯坦质能关系式

4、E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比。(√)(6)时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。(×)2．合作探究——议一议(1)如果你乘坐密闭的飞行器以接近于光速的速度沿直线匀速朝一星球飞行，在飞行器中你是否可以发觉自己乘坐的飞行器是在运动？提示：不能。若飞行器在做匀速直线运动，即没有加速度，则在其内部的人就无法知道飞行器在移动。即使飞行器有窗户，从窗户向外看，看见某些东西在朝自己移动，但仍然不能确定飞行器在向着这些东西移动，还是这些东西在向着飞行器移动。(2)如果我们在静止的空气中快速前进，就会感觉到有风迎面吹来，为什么？提示：因为虽然空气相对于地面是静止的，但空气相对于正在前进的人却是运动

5、的。(3)在宇宙空间有的区域物质质量大、密度高，有的区域物质质量小、密度小，试问在哪个区域光线易发生弯曲？提示：物质质量大、密度高的区域。“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)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

6、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。[典例]　一支静止时30m的火箭以3km/s的速度从观察者的身边飞过。(1)观察者测得火箭的长度应为多少？(2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？(3)如果火箭的速度为光速的二分之一，

7、观察者测得火箭的长度应为多少？(4)火箭内完好的手表走过了1min，地面上的人认为经过了多少时间？[思路点拨]　解此题的关键是理解公式l′＝l、Δt＝中各符号的意义。[解析]　火箭上的人相对火箭永远是静止的，无论火箭速度是多少，火箭上的人测得火箭长与静止时测得的火箭的长均是l＝30m，而火箭外面的观察者看火箭时，有相对速度v，则它的测量值要缩短，即l′＜l，由l′＝l，当v＝3×103m/s时，l′＝30×m