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

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_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

2、匀速运动时，长度变短了，称这种效应为_2公式：ll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_，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E_.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

3、质_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)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，

4、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：t.由于vc，所以tt，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：ll，由于vc，所以ll.这种长度观测效应被称为长度收缩例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

5、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：Emc2.例2太阳内部不停

6、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3.81026 J，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3.0109 eV，试问：(1)此时电子的质量是其静质量的多少倍？(2)此时电子的速率为多少？(电子的静质量为0.911030 kg)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1A0.4c B0.5cC0.9c D1.0c时间延缓效应和长度收缩效应2如果飞船以0.75c的速度从你身边飞过，飞船上的人看飞船上的一

7、个灯亮了10 min，你观测到这个灯亮的时间约为多少？3惯性系S中有一边长为l的正方形(如下图所示)，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该正方形的图象是()质速关系和质能关系4为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程Emc2，科学家用中子轰击铀原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为E，则这一实验需验证的关系式是()AE(m1m2m3)c2BE(m1m3m2)c2CE(m2m1m3)c2DE(m2m1m

8、3)c2答案精析第6章相对论与量子论初步第1讲高速世界预习导学一、1.相同的形式2真空都一样二、1.运动的钟2t三、1.长度收缩2想一想由长度收缩效应表达式ll ，因为日常生活在低速世界中，vc故l近似等于l，故此现象不明显四、运动运动速度运动质量静止质量想一想由质速关系可知，物体的质量随着速度的增大而增大，当速度接近光速时，物体的质量趋于无穷大，物体的加速度趋于零，因此物体被加速时，其速度不可能等于甚至大于光速. 五、mc2能量mc2六、1.加速运动引力能量密度稀少3空间时间课堂讲义例1AD狭义相对论的基本假设均建立在惯性参考系的基础上，故A、D正确针对训练1AD例24.2109 kg解析太阳向外释放出巨大的能量必然伴随着自身质量的减少，由Emc2得太阳每秒减少的质量为m kg4.2109 kg.针对训练2(1)5 857倍(2)0.999 999 985c解析(1)由爱因斯坦质能方程Emc2有m kg5.331027 kg则5 857(倍)(2)由质速关系m有v