高中物理沪科2案：第6章 3 爱因斯坦心目中的宇宙（选） 含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学案3爱因斯坦心目中的宇宙（选学）[目标定位]1.知道同时的相对性和时空的相对性.2.知道两个奇特的效应-—尺缩效应和钟慢效应。3.知道爱因斯坦的质速公式和质能关系公式．一、爱因斯坦的时空观[问题设计]一列火车在做匀速直线运动,在某车厢中央的一个人点燃一支蜡烛．他看到车厢前后两壁是否同时被照亮,地面上的人看到的情况呢？但有了光速不变原理时，情况就不一样了，当火车速度较大时，地面上的人将认为光先到达哪个壁？［要点提炼］1．同时的相对性在经典物理学中，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，则在另一个参考系中一定也是同时的，而根据爱因斯坦的两条基本公设，同时是相对的．2．时空的相对性(1)时间和空间是不能绝对定义的，它们与物体的运动速度有关．（2)根据光速不变原理和时空的性质，可导出如下关系式：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′——时间；v——速度;c——光速．二、两个奇特的效应1．长度收缩效应(尺缩效应)相对于地面以一定速度运动的物体,从地面上看，沿着运动方向上放置的棒，长度变短了,速度越大，变短得越多．尺缩效应也是一种相对效应．静止参考系中沿运动方向放置的棒，在运动的参考系中测量，其长度也要收缩．2．时间延缓效应(钟慢效应)在一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来,它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长．惯性系的速度越大，我们观察到的过程经历的时间越长．钟慢效应也是相对的．比如我们在地面上认为飞船上的时间进程变长，而飞船上的观察者认为地面上的时间进程也变长．三、爱因斯坦的质速公式质能关系1．质速公式在相对物体静止的参考系中测量，物体具有最小的质量m0(称为静止质量）．在相对物体以速度v运动的惯性系中测量，物体的运动质量为m＝eq\f(m0，\r(1－\f（v,c）2））由于v<c，所以m〉m0，速度v越大，运动质量也越大．2．质能关系任何质量m都对应着一定的能量mc2，其关系式为E＝mc2.质能关系公式也可写成ΔE＝Δmc2,由公式可以看出，随着一个物体质量的减少，会释放出一定的能量;与此同时，另一物体吸收了能量，质量也会随之增加．一、对同时的相对性的理解例1如图1所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C，假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶,当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（)图1A．同时被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．无法判断二、尺缩效应例2惯性系S中有一边长为l的正方形（如图A所示）．从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是(）三、爱因斯坦的质速公式例3一个静止质量m0＝1kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度为30m/s，在相应的惯性参考系中，观测者测得该物体的质量为多少？1．(尺缩效应的理解）假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行,其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是()A．这个人是一个矮胖子 B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖 D．这个人瘦但不高2．（时间延缓效应）如图2所示，有三个完全相同的时钟,时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行,vB＜vC。对于地面上的观察者，以下说法中正确的是(）图2A．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快3．(对质速公式的理解）对于公式m＝eq\f(m0，\r（1－\b\lc\(\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f（v,c)））2))，下列说法中正确的是（）A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m〉m0，即物体的质量改变了,故经典力学不适用C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小,经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动,而不适用于高速运动D．通常由于物体的速度太小，质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化答案精析第6章经典力学与现代物理学案3爱因斯坦心目中的宇宙(选学)知识探究一问题设计车厢内的人和地面上的人都看到前后壁同时被照亮．当火车速度较大时，地面上的人认为光先到达后壁．典例精析例1C[本题考查了同时的相对性，列车上的观测者认为B塔发出的光对于自己的传播速度是相同的,而相对观测者C塔靠近，A塔远离，因此相对观测者光向C传播的路程小于向A传播的路程，所以C先被照亮,选项C正确．］例2C[根据相对性原理，当正方形沿x方向以接近光速匀速飞行时，在运动方向上会出现尺缩效应，而在垂直于运动方向上则不会出现尺缩效应，故选项C正确．］例31。00000005kg解析由爱因斯坦的质速公式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