202X学年高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界课件鲁科版必修2

1、第1节高速世界学习目标学习目标核心提炼核心提炼1.知道狭义相对论的两个基本原理。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。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。知道质速关系和质能关系。4.了解广义相对论的内容。了解广义相对论的内容。2个基本原理个基本原理相对性原理、光速不相对性原理、光速不变原理变原理2个效应个效应时间延缓效应、长度收缩时间延缓效应、长度收缩效应效应2个关系个关系质速关系、质能关系质速关系、质能关系一、两个根本原理和两个效应一、两个根本原理和两个效应阅读教材第阅读教材第110114页的内容，了解高速世界的页的内容，了解高速世

2、界的“两个根本原理和两个根本原理和“两个效应。两个效应。1.两个根本原理两个根本原理(1)相对性原理：所有物理规律在一切相对性原理：所有物理规律在一切_中都具有中都具有_的形式。的形式。(2)光速不变原理：在一切光速不变原理：在一切_中，测量到的真空中的中，测量到的真空中的_都一样都一样(c3108 m/s)。惯性参照系惯性参照系一样一样惯性参照系惯性参照系光速光速c2.两个效应两个效应(1)时间延缓效应时间延缓效应在相对论时空观中，在相对论时空观中，_的时钟比的时钟比_的时钟走得慢。的时钟走得慢。关系式：关系式：t_，t为运动时间，为运动时间，t为静止时间。为静止时间。(2)长度收缩效应长度

3、收缩效应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的惯性系中测出的长度_。关系式：关系式：l_。高速运动高速运动静止静止短短思维拓展思维拓展我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？二、质速关系质能关系时空弯曲二、质速关系质能关系时空弯曲阅读教材第阅读教材第114118页的内容，了解质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对页的内容，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。论知识解释简单的现象。1.质速关系质速关系当物体在所处的惯性

4、参考系静止时，质量当物体在所处的惯性参考系静止时，质量m0最小，称为最小，称为_。当物体相对于。当物体相对于某某惯性系以速度惯性系以速度v运动时，在此惯性系内观测它的质量运动时，在此惯性系内观测它的质量m_，物体的质量，物体的质量随随_的增大而的增大而_ 。在低速运动中，质量的变化可以。在低速运动中，质量的变化可以_。2.质能关系质能关系按照相对论及根本力学定律可得质量和能量的关系为按照相对论及根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，称为质能关系式。物质的质量减少或增加时，必然伴随着质的质量减少或增加时，必然伴随着_的减少或增加，其关系为的减少或增加，其关系为E _。静止质

5、量静止质量速度速度增大增大忽略不计忽略不计mc2能量能量mc23.时空弯曲时空弯曲爱因斯坦的理想实验：爱因斯坦的理想实验：(1)科学预言：科学预言：_能使光线弯曲，能使光线弯曲， _也能使光线弯曲。在宇宙中，物也能使光线弯曲。在宇宙中，物质质_大、大、 _高的区域时空弯曲大；物质高的区域时空弯曲大；物质_的地方，时空弯曲小。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。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等效为空间本身被引力弯曲。引力不但影进一步推理：光线在引力场中

6、的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲。引力不但影响响_ ，而且影响，而且影响_即时空弯曲。即时空弯曲。惯性系内观测它的质量惯性系内观测它的质量m _ ，物体的质量随，物体的质量随_的增大而的增大而_。在低速运动中，质量的变化可以在低速运动中，质量的变化可以_ 。加速运动加速运动引力引力质量质量密度密度稀少稀少空间空间时间时间速度速度增大增大忽略不计忽略不计思考判断思考判断(1)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。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爱因斯坦质能关系式Emc2说明物体具有的能量与其质量成正比。说明物体具有的能量与其质量成正比。()(3)时空弯曲是在

7、引力场或惯性系中产生的。时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。()答案答案(1)(2)(3)对对“两个根本原理和两个根本原理和“两个效应的理两个效应的理解解要点归纳要点归纳1.两个根本原理两个根本原理(1)相对性原理：物理学定律与惯性系的选择无关。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到的真空中的光速都是相等的。观测到的真空中的光速都是相等的。2.两个效应两个效应精典例如精典例如例例1 (多项选择多项选择)一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行

8、驶，车厢中央有一个光源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选项是发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的选项是()A.车上的观察者认为两个事件是同时的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、后传播的速度一样，光源又在车厢的中央，闪解析因为车厢是个惯性系

9、，光向前、后传播的速度一样，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前、后两壁，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一样的，但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进向前、后传播的速度相对地面也是一样的，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，故了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，故D也对。也对。答案答案AD理解相对论效应的两点注意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

10、走慢了，也不是被观测过程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。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。运动方向上不会发生收缩效应。针对训练针对训练1 在一个飞船上测得船的长度为在一个飞船上测得船的长度为100 m，高度为，高度为10 m，当飞船以，当飞船以0.60c的速度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？从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？答案答案10 m80 m对

11、对“相对论中两个关系的理相对论中两个关系的理解解要点归纳要点归纳1.质速关系质速关系(1)经典物理学的观点经典物理学的观点经典力学认为物体的质量是物体的固有属性，由物体所含物质的多少决定，与物体经典力学认为物体的质量是物体的固有属性，由物体所含物质的多少决定，与物体所处的时空和运动状态无关。由牛顿第二定律所处的时空和运动状态无关。由牛顿第二定律Fma可知，只要物体的受力足够大、可知，只要物体的受力足够大、作用时间足够长，物体将能加速到光速或超过光速。作用时间足够长，物体将能加速到光速或超过光速。2.质能关系质能关系(1)经典物理学的观点经典物理学的观点在经典物理学中，质量和能量是两个独立的概念

12、。在经典物理学中，质量和能量是两个独立的概念。(2)相对论的观点相对论的观点由相对论及根本力学定律可推出质量和能量的关系为由相对论及根本力学定律可推出质量和能量的关系为Emc2或或Emc2。根据爱因斯坦的质能关系，人们利用重核裂变反响前、后质量亏损释放大量能量发根据爱因斯坦的质能关系，人们利用重核裂变反响前、后质量亏损释放大量能量发电及制造原子弹。电及制造原子弹。精典例如精典例如例例2 如果真空中的光速为如果真空中的光速为c3108 m/s，当一个物体的运动速度为，当一个物体的运动速度为v12.4108 m/s时，质量为时，质量为3 kg，当它的速度为，当它的速度为v21.8108 m/s时，质量为多少？时，质量为多少？思路探究思路探究(1)在高速运动问题中，物体的质量还是恒定不变的吗？在高速运动问题中，物体的质量还是恒定不变的吗？(2)相对论中，物体的质量与速度的关系式：相对论中，物体的质量与速度的关系式：m_。答案答案2.25 kg质量和能量的两点注意质量和能量的两点注意(1)质量和能量是物质不可别离的属性。质量和能量是物质不可别离的属性。(2)任何静止质量不为零的物体都