2018-2019版高中物理 第5章 新時空觀的確立 5.3 奇特的相對論效應(yīng)學(xué)案 滬科版選修3-4.doc
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5.3 奇特的相對論效應(yīng) [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解運動時鐘延緩效應(yīng)和運動長度收縮效應(yīng).2.知道愛因斯坦質(zhì)量公式和質(zhì)能關(guān)系.3.了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的重要區(qū)別，體會相對論的建立對人類認(rèn)識世界的影響． 1．運動時鐘延緩 事件發(fā)生在運動慣性系中，地球上測量的時間間隔Δt，在以速度v相對于地球飛行的飛船上測量的時間間隔為Δt′，兩者的關(guān)系為Δt＝，這種效應(yīng)叫做時鐘延緩，也叫做“動鐘變慢”． 2．運動長度收縮 在一以速度v相對于地球飛行的飛船上，有一根沿運動方向放置且靜止的棒，在地球上測量它的長度為l，在飛船上測量的長度為l′，兩者的關(guān)系為l＝l′.在靜止慣性參考系中測得的長度總是比運動慣性系中的要短一些，這種效應(yīng)叫做運動長度收縮或尺縮效應(yīng)，也叫做“動尺縮短”． 尺縮效應(yīng)只發(fā)生在運動的方向上． 3．愛因斯坦質(zhì)量公式 物體靜止時的質(zhì)量為m0，運動時的質(zhì)量為m，兩者之間的關(guān)系為m＝. 4．質(zhì)能關(guān)系 (1)任何質(zhì)量的物體都對應(yīng)著一定的能量：E＝mc2. (2)如果質(zhì)量發(fā)生了變化，其能量也相應(yīng)發(fā)生變化：ΔE＝Δmc2. 5．時空觀的深刻變革 牛頓物理學(xué)的絕對時空觀：物理學(xué)的空間與時間是絕對分離、沒有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而單獨存在，與物質(zhì)的運動無關(guān)． 而相對論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時間和空間，空間和時間與物體的運動狀態(tài)有關(guān)． 人類對于空間、時間更進一步地認(rèn)識而形成的新的時空觀，是建立在新的實驗事實和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，是不斷發(fā)展、不斷完善起來的. 一、運動時鐘延緩 [導(dǎo)學(xué)探究] 一列火車沿平直軌道飛快勻速行駛，某人在這列火車上拍了兩下桌子，車上的人觀測的兩次拍桌子的時間間隔與地上人觀測的拍兩下桌子的時間間隔相同嗎？ 答案 不同 [知識深化] 時間間隔的相對性(時鐘延緩) 1．經(jīng)典的時空觀：某兩個事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時間間隔總是相同的． 2．相對論的時空觀：某兩個事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時間間隔是不同的，慣性系相對運動速度越大，慣性系中的時間進程越慢． 3．相對時間間隔公式：設(shè)Δt′表示與運動的慣性系相對靜止的觀察者觀測的時間間隔，Δt表示地面上的觀察者觀測同樣兩事件的時間間隔，則它們的關(guān)系是Δt＝. 例1 遠(yuǎn)方的一顆星以0.8c的速度離開地球，測得它輻射出來的閃光按5晝夜的周期變化，求在此星球上測其閃光周期為多大？ 答案 3晝夜 解析 5晝夜是地球上測得的，即Δt＝5d 由Δt＝得Δt′＝Δt Δt′＝3d 二、運動長度收縮 [導(dǎo)學(xué)探究] 如圖1所示，假設(shè)桿MN沿著車廂的運動方向固定在火車上，且與火車一起運動，火車上的人測得桿的長度與地面上的人測得桿的長度相同嗎？ 圖1 答案 不同 [知識深化] 長度的相對性(尺縮效應(yīng)) 1．經(jīng)典的時空觀：一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同． 2．相對論的時空觀：長度也具有相對性，一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比靜止長度短，但在垂直于桿的運動方向上，桿的長度不變． 3．相對長度公式：設(shè)相對于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長度為l′，與桿有相對運動的人認(rèn)為桿的長度為l，桿相對于觀察者的速度為v，則l、l′、v的關(guān)系是l＝l′. 例2 地面上長100km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30km/s的速度掠過，則火箭上的人看到鐵路的長度應(yīng)該為多少？如果火箭的速度達(dá)到0.6c，則火箭上的人看到的鐵路的長度又是多少？ 答案 100km 80km 解析 當(dāng)火箭速度較低時，長度基本不變，還是100 km.當(dāng)火箭的速度達(dá)到0.6c時，由相對論長度公式l＝l0代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得：l＝100 km＝80 km. 三、愛因斯坦質(zhì)量公式和質(zhì)能關(guān)系 [導(dǎo)學(xué)探究] 一個恒力作用在物體上產(chǎn)生一恒定加速度，由v＝at可知，經(jīng)過足夠長的時間，物體可以達(dá)到任意速度，甚至超過光速嗎？ 答案 不會超過光速 [知識深化] 1．相對論質(zhì)量 (1)經(jīng)典力學(xué)：物體的質(zhì)量是不變的，一定的力作用在物體上產(chǎn)生一定的加速度，經(jīng)過足夠長時間后物體可以達(dá)到任意的速度． (2)相對論：物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增加． 物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間的關(guān)系是：m＝，因為總有v下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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