高中物理 第5章 新時(shí)空觀的確立 5_3 奇特的相對(duì)論效應(yīng) 5_4 走近廣義相對(duì)論 5.5 無窮的宇宙教師用書 滬科版選修3-4

《高中物理 第5章 新時(shí)空觀的確立 5_3 奇特的相對(duì)論效應(yīng) 5_4 走近廣義相對(duì)論 5.5 無窮的宇宙教師用書 滬科版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第5章 新時(shí)空觀的確立 5_3 奇特的相對(duì)論效應(yīng) 5_4 走近廣義相對(duì)論 5.5 無窮的宇宙教師用書 滬科版選修3-4（6頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

5.3　奇特的相對(duì)論效應(yīng) 5.4　走近廣義相對(duì)論 5.5　無窮的宇宙 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.通過推理，知道時(shí)間間隔的相對(duì)性和長度的相對(duì)性.(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 2.知道相對(duì)論質(zhì)量、愛因斯坦質(zhì)能方程.(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 3.初步了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀點(diǎn). 奇 特 的 相 對(duì) 論 效 應(yīng) 1.運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀 某兩個(gè)事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時(shí)間間隔總是相同的. (2)相對(duì)論的時(shí)空觀 物體所在的慣性系相對(duì)于我們所在慣性系的速度越大，我們所觀察到的某一物理過程的時(shí)間就越長.慣性系中的一切物理、化學(xué)過程和生命過程都變慢了. (3)相對(duì)時(shí)間間隔公式 設(shè)Δt表示靜止的慣性系中觀測的時(shí)間間隔，Δt′表示以v高速運(yùn)動(dòng)的參考系中觀察同樣兩事件的時(shí)間間隔，則它們的關(guān)系是：Δt＝. 2.運(yùn)動(dòng)長度收縮 (1)經(jīng)典的時(shí)空觀 一條桿的長度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同. (2)相對(duì)論的時(shí)空觀 “長度”也具有相對(duì)性，一條沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長度總比靜止長度小，但在垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長度沒有變化. (3)相對(duì)長度公式 設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長度為l0，與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長度為l，桿相對(duì)于觀察者的速度為v，則l、l0、v的關(guān)系是l＝l0. 3.愛因斯坦質(zhì)量公式和質(zhì)能關(guān)系 (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，足夠長時(shí)間后物體可以達(dá)到任意的速度. (2)質(zhì)量公式 物體的質(zhì)量隨物體速度增加而增大. 物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系是：m＝，因?yàn)榭傆衯＜c.可知運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量m總要大于它靜止時(shí)的質(zhì)量m0. (3)質(zhì)能關(guān)系 關(guān)系式為E＝mc2，式中m是物體的質(zhì)量，E是它具有的能量. 1.根據(jù)相對(duì)論的時(shí)空觀，“同時(shí)”具有相對(duì)性.(√) 2.相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)的桿比靜止的桿長度變大.() 3.高速飛行的火箭中的時(shí)鐘要變慢.(√) 4.愛因斯坦通過質(zhì)能方程闡明物體的質(zhì)量就是能量.() 1.尺子沿任何方向運(yùn)動(dòng)其長度都縮短嗎？ 【提示】　尺子沿其長度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)縮短，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向長度不變. 2.以任何速度運(yùn)動(dòng)，時(shí)間延緩效應(yīng)都很顯著嗎？ 【提示】　不是.當(dāng)v→c時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)顯著；當(dāng)v?c時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)可忽略. 1.“動(dòng)尺縮短” 狹義相對(duì)論中的長度公式l＝l0中，l0是相對(duì)于桿靜止的觀察者測出的桿的長度，而l可以認(rèn)為是桿沿自己的長度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜止的觀察者測量的長度. 2.“動(dòng)鐘變慢” 時(shí)間間隔的相對(duì)性公式 Δ t＝中，Δt′是相對(duì)事件發(fā)生地靜止的觀察者測量同一地點(diǎn)的兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔，而Δt是相對(duì)于事件發(fā)生地以速度v高速運(yùn)動(dòng)的觀察者測量同一地點(diǎn)的同樣兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔. 3.分析時(shí)間間隔和長度變化時(shí)應(yīng)注意的問題 (1)時(shí)間間隔、長度的變化，都是由于物質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的一種觀測效應(yīng)，它與所選取的參考系有關(guān)，物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)并沒有變化. (2)兩個(gè)事件的時(shí)間間隔和物體的長度，必須與所選取的參考系相聯(lián)系，如果在沒有選取參考系的情況下討論時(shí)間的長短及空間的尺寸，是沒有任何意義的. 4.相對(duì)論質(zhì)量公式的理解 (1)式中m0是物體靜止時(shí)的質(zhì)量(也稱為靜質(zhì)量)，m是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量，這個(gè)關(guān)系式稱為相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系，它表明物體的質(zhì)量會(huì)隨速度的增大而增大. (2)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)速度很大，它的質(zhì)量明顯大于光子質(zhì)量，像回旋加速器中被加速的粒子質(zhì)量會(huì)變大，導(dǎo)致做圓周運(yùn)動(dòng)的周期變大后，它的運(yùn)動(dòng)與加在D形盒上的交變電壓不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制. (3)微觀粒子的速度很大，因此粒子質(zhì)量明顯大于靜質(zhì)量. 5.對(duì)質(zhì)能方程的理解 愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2. 它表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng). (1)靜止物體所對(duì)應(yīng)的能量為E0＝m0c2，這種能量稱為物體的靜質(zhì)能，每個(gè)有靜質(zhì)量的物體都有靜質(zhì)能. (2)由質(zhì)能關(guān)系式可得ΔE＝Δmc2. 其中Δm表示質(zhì)量的變化量，該式意味著當(dāng)質(zhì)量減少Δm時(shí)，要釋放出ΔE＝Δmc2的能量. (3)物體的總能量E為動(dòng)能Ek與靜質(zhì)能E0之和，即E＝Ek＋E0＝mc2(m為物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量). 1.星際火箭以0.8c的速率飛行，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為靜止質(zhì)量的多少倍？ 【解析】　設(shè)星際火箭的靜止質(zhì)量為m0， 其運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m＝＝＝m0，即其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為靜止質(zhì)量的倍. 【答案】　 2.地面上長100 km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30 km/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？ 【解析】　當(dāng)火箭速度較低時(shí)，長度基本不變，還是100 km.當(dāng)火箭的速度達(dá)到0.6c時(shí)，由相對(duì)論長度公式l＝l0，代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得：l＝100 km＝80 km. 【答案】　100 km　80 km 應(yīng)用相對(duì)論“效應(yīng)”解題的一般步驟 1.應(yīng)該通過審題確定研究對(duì)象及研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度. 2.明確求解的問題，即明確求解靜止參考系中的觀察結(jié)果，還是運(yùn)動(dòng)參考系中的觀察結(jié)果. 3.應(yīng)用“尺縮效應(yīng)公式”或“時(shí)間延緩效應(yīng)公式”進(jìn)行計(jì)算. 走 近 廣 義 相 對(duì) 論 1.廣義相對(duì)論的基本原理 (1)廣義相對(duì)性原理：在任何參考系中，物理過程和規(guī)律都是相同的. (2)等效原理：一個(gè)均勻引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià). 2.廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論 (1)光線在引力場中彎曲. (2)引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)偏差(引力紅移). 1.萬有引力定律適用于狹義相對(duì)論.() 2.廣義相對(duì)論提出在任何參考系中物理規(guī)律都是相同的.(√) 3.廣義相對(duì)論提出光線會(huì)在引力場中沿直線傳播.() 地球表面有引力，為什么說在地球表面均勻介質(zhì)中光沿直線傳播？ 【提示】　地球表面的引力場很弱，對(duì)光的傳播方向影響很小，所以認(rèn)為光沿直線傳播. 1.廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理的理解 (1)廣義相對(duì)性原理：愛因斯坦把狹義相對(duì)性原理從慣性參考系推廣到了非慣性系在內(nèi)的所有參考系，一切參考系對(duì)于描述物理規(guī)律和物理現(xiàn)象來說都是平等的，無論用什么參考系，物理規(guī)律都是相同的. (2)等效原理：在物理學(xué)中，一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系的慣性力場有等效性. 2.光線在引力場中彎曲：根據(jù)廣義相對(duì)論，物質(zhì)的引力會(huì)使光線彎曲，引力場越強(qiáng)，彎曲越厲害.通常物體的引力場都太弱，但太陽引力場卻能引起光線比較明顯的彎曲. 3.引力紅移：按照廣義相對(duì)論，引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別.例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，因此光振動(dòng)會(huì)變慢，相應(yīng)的光的波長變長、頻率變小，光譜線會(huì)發(fā)生向紅光一端移動(dòng)的現(xiàn)象. 廣義相對(duì)論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測證實(shí).還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對(duì)論.目前，廣義相對(duì)論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮了主要作用. 3.下列說法中正確的是(　　) A.物體的引力使光線彎曲 B.光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用 C.在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢 D.在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變快 E.廣義相對(duì)論可以解釋引力紅移現(xiàn)象 【解析】　根據(jù)廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論可知，選項(xiàng)A、C、E正確，B、D錯(cuò)誤. 【答案】　ACE 4.在引力可以忽略的空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，一束光垂直于運(yùn)動(dòng)方向在飛船內(nèi)傳播，下列說法中正確的是(　　) A.船外靜止的觀察者看到這束光是沿直線傳播的 B. 船外靜止的觀察者看到這束光是沿曲線傳播的 C.航天員以飛船為參考系看到這束光是沿直線傳播的 D.航天員以飛船為參考系看到這束光是沿曲線傳播的 E.在加速參考系中的慣性力場等效于引力場 【解析】　在慣性參考系中，光是沿直線傳播的，故A正確，B錯(cuò)誤.而在非慣性參考系中，因?yàn)橛邢鄬?duì)加速度，根據(jù)等效原理，光將做曲線運(yùn)動(dòng)，D正確，C錯(cuò)誤.在加速參考系中的慣性力場等效于引力場，E正確. 【答案】　ADE 應(yīng)用廣義相對(duì)論的原理解決時(shí)空變化問題的方法 1.應(yīng)該首先分析研究的問題或物體做怎樣的運(yùn)動(dòng)，是處于怎樣的參考系中.無論是勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系，還是均勻的引力場中，其規(guī)律是相同的. 2.然后根據(jù)“引力使時(shí)間變慢，空間變短”的理論分析其所在位置或運(yùn)動(dòng)情況會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化.