魯科物理必修2 第6章第1節(jié)《高速世界》

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,第1節(jié)高速世界,,,,,,,,,,,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,第1節(jié),,課前自主學(xué)案,,,課標(biāo)定位,課標(biāo)定位,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.初步了解愛因斯坦相對(duì)論建立的背景，知道時(shí)間延緩、長度收縮效應(yīng)、質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系和時(shí)空彎曲．能運(yùn)用相對(duì)論知識(shí)解釋簡單的現(xiàn)象．2．了解經(jīng)典物理學(xué)的局限性，知道經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的關(guān)系．3．初步認(rèn)識(shí)“猜想”、“假設(shè)”和物理模型的構(gòu)建在科學(xué)研究中的重要作用，培養(yǎng)大膽質(zhì)疑的勇氣和批判意識(shí)．,重點(diǎn)難點(diǎn)：1.通過分析了解經(jīng)典物理時(shí)空觀的局限性及其與相對(duì)論時(shí)空觀的差異．2．理解時(shí)間延緩效應(yīng)、長度收縮效應(yīng)和質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系．,課前自主學(xué)案,一、高速世界的兩個(gè)基本原理1．相對(duì)性原理：所有物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有__________．2．光速不變?cè)恚涸谝磺袘T性參照系中，測量到的_________________都一樣．(c＝3108m/s)二、時(shí)間延緩效應(yīng)1．時(shí)間延緩效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得____，這種效應(yīng)被稱為時(shí)間延緩．2．在相對(duì)論時(shí)空觀中，Δt為運(yùn)動(dòng)時(shí)間，Δt′為靜止時(shí)間，滿足,相同的形式,真空中的光速c,慢,三、長度收縮效應(yīng)1．長度收縮效應(yīng)：在相對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)著的慣性系中沿運(yùn)動(dòng)方向測出的物體長度，比在相對(duì)靜止的慣性參照系中測出的______2．長度收縮效應(yīng)表達(dá)式：,短,四、質(zhì)速關(guān)系當(dāng)物體在所處的慣性參照系中靜止時(shí)，質(zhì)量m0最小，稱為_________．當(dāng)物體相對(duì)于慣性系以速度v運(yùn)動(dòng)，在此慣性系內(nèi)觀測它的質(zhì)量為物體的質(zhì)量隨_____的增大而_____，在低速運(yùn)動(dòng)中，質(zhì)量的變化可以______．,靜止質(zhì)量,速度,增大,忽略,五、質(zhì)能關(guān)系按照相對(duì)論及基本力學(xué)定律可得質(zhì)量和能量的關(guān)系為E＝____，稱為質(zhì)能關(guān)系式．物質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時(shí)，必然伴隨_____的減少或增加，其關(guān)系為ΔE＝_____.六、時(shí)空彎曲1．愛因斯坦認(rèn)為_____和_____對(duì)軌跡的彎曲是等效的，如果加速能使光線_____，那么引力也能使光線_____．2．按照廣義相對(duì)論，光線在引力場中的彎曲可等效為_________被引力彎曲了，引力不但影響空間，還影響______，此影響可描述為________．3．在宇宙中，物質(zhì)______、_______的區(qū)域時(shí)空彎曲大；物質(zhì)稀少的地方，時(shí)空較“平直”．,mc2,能量,Δmc2,加速,引力,彎曲,彎曲,空間本身,時(shí)空彎曲,時(shí)間,質(zhì)量大,密度高,核心要點(diǎn)突破,一、對(duì)狹義相對(duì)論時(shí)空觀的理解1．狹義相對(duì)論的基本原理(1)相對(duì)性原理①內(nèi)容：所有物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形式．②對(duì)相對(duì)性原理的兩點(diǎn)理解a．慣性系是指牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，相對(duì)于一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參照系也是慣性系．,b．相對(duì)性原理表明：在某個(gè)慣性系中描述某個(gè)物理系統(tǒng)的某個(gè)物理過程的物理定律，在其他一切慣性系中對(duì)該系統(tǒng)該過程做出描述的物理定律的形式皆保持形式不變．(2)光速不變?cè)恝賰?nèi)容：在一切慣性參照系中，測到的真空中的光速都一樣．②光速不變?cè)肀砻鳎涸谝磺袘T性系中觀測真空中傳播的光，其傳播速度均為c，與光源或者觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)．,圖6－1－1,由于vm0，速度v越大，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量也越大．當(dāng)v＝0.98c時(shí)，m＝5m0.當(dāng)速度v?c時(shí)，m＝m0，這就回到了經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論——物體的質(zhì)量與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)．,對(duì)于速度v＝c的光子，其靜止質(zhì)量m0＝0，即只有靜止質(zhì)量為零的粒子，才能以速度c運(yùn)動(dòng)．對(duì)于質(zhì)量m0≠0的物體，當(dāng)v→c時(shí)，m→∞，可見，即使長時(shí)間對(duì)物體施加恒力F的作用，物體的速度也不可能無止境地增大，其速度不可能達(dá)到光速c.二、對(duì)質(zhì)能方程的理解1．質(zhì)能方程說明，一定質(zhì)量總是跟一定能量相聯(lián)系的，具體地說，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質(zhì)量之積，這里所說的總能量，不是單指物體的動(dòng)能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和．,2．根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比．物體的質(zhì)量增加，總能量隨之增加；質(zhì)量減少，物體的總能量也隨之減少，這時(shí)質(zhì)能方程也寫作：ΔE＝Δmc2.特別提醒：(1)任何質(zhì)量m都對(duì)應(yīng)著一定的能量mc2，但質(zhì)量不是能量．(2)愛因斯坦曾把這個(gè)公式看做他的狹義相對(duì)論最有意義的結(jié)果，因?yàn)檫@個(gè)公式為開發(fā)和利用原子能提供了理論基礎(chǔ)．(3)公式ΔE＝Δmc2表示，隨著一個(gè)物體質(zhì)量的減少，會(huì)釋放出一定的能量；與此同時(shí)，另一個(gè)物體吸收了能量，質(zhì)量也會(huì)隨之增加．,三、廣義相對(duì)論和時(shí)空彎曲的認(rèn)識(shí)1．廣義相對(duì)性原理在任何參照系中(包括非慣性系)物理規(guī)律都是相同的，這意味著慣性系中的運(yùn)動(dòng)定律在非慣性系中都是相同的，但要滿足相對(duì)性原理．2．相對(duì)論的等效原理一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參照系等價(jià)．這意味著一個(gè)非慣性系可以看成一個(gè)慣性系，只不過是它的后面有一個(gè)均勻的引力場，因?yàn)閼T性和引力在非慣性系中是分不清的．,3．時(shí)空彎曲當(dāng)物體做加速運(yùn)動(dòng)或在非慣性系中時(shí)，光線將不再沿直線傳播．光線在引力場中的彎曲可等效為空間本身被引力彎曲了，引力不但影響空間，還影響時(shí)間，因此對(duì)影響的最佳描述就是時(shí)空彎曲．物質(zhì)的引力使光線彎曲，時(shí)間間隔與引力場有關(guān)．,課堂互動(dòng)講練,,設(shè)某人在以速度為0.5c的飛船上，打開一個(gè)光源，則下列說法正確的是()A．飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5cB．飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5cC．在垂直飛船前進(jìn)方向地面上的觀察者看到這一光速是0.5cD．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c,【思路點(diǎn)撥】解答此題時(shí)應(yīng)注意愛因斯坦的光速不變?cè)恚揪v精析】由愛因斯坦的狹義相對(duì)論——光速不變?cè)砜傻茫谡婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參照系中都是相同的．地面的觀察者是慣性參照系，只要是站在地面上的觀察者，看到的光速都是相等的．所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確．【答案】D,【方法總結(jié)】在一切慣性參照系中測得的光速都是一樣的，關(guān)鍵是判斷是不是都在慣性參照系中觀察．,變式訓(xùn)練1關(guān)于狹義相對(duì)論的基本假設(shè)，下列說法中正確的是()①在不同慣性系中，力學(xué)規(guī)律都是相同的②在不同的慣性系中，真空中的光速是不同的③在不同參照系中，一切物理規(guī)律都是相同的④對(duì)任何慣性系，真空中的光速都是相同的A．①②B．②③C．③④D．①④解析：選D.狹義相對(duì)論的基本假設(shè)均建立在慣性參照系的基礎(chǔ)上，故①④正確．故選D.,狹義相對(duì)論時(shí)空觀的應(yīng)用,半人馬星座α星是離太陽系最近的恒星，它距地球?yàn)?.31016m.設(shè)有一宇宙飛船自地球往返于半人馬星座α星之間．(1)若宇宙飛船的速率為0.999c，按地球上時(shí)鐘計(jì)算，飛船往返一次需多少時(shí)間？(2)如以飛船上時(shí)鐘計(jì)算，往返一次的時(shí)間又為多少？【思路點(diǎn)撥】根據(jù)時(shí)間的相對(duì)性，利用時(shí)間延緩公式計(jì)算,【答案】(1)2.87108s(2)1.28107s.【方法總結(jié)】理解時(shí)間在不同參考系中同時(shí)的相對(duì)性．物體所在的慣性系相對(duì)于我們所在的慣性系的速度越大，我們所觀測到的物理過程的時(shí)間就越長，時(shí)間過得就越慢．解決問題時(shí)明確哪個(gè)是物體所在運(yùn)動(dòng)參考系的時(shí)間，哪個(gè)是觀測參考系的時(shí)間．,變式訓(xùn)練2在靜止坐標(biāo)系中的正立方體每邊長為L0，另一坐標(biāo)系以相對(duì)速度v平行于立方體的一邊運(yùn)動(dòng)．問在后一坐標(biāo)系中的觀察者測得的立方體體積是多少？,太陽在不斷地輻射能量，因而其質(zhì)量也不斷地減少．若太陽每秒鐘輻射的總能量為41026J，試計(jì)算太陽在一秒內(nèi)失去的質(zhì)量．估算5000年內(nèi)總共減少了多少質(zhì)量？并求5000年內(nèi)減少的質(zhì)量與太陽的總質(zhì)量21027t的比值．,質(zhì)能方程的應(yīng)用,【答案】見自主解答,【方法總結(jié)】質(zhì)能方程表達(dá)了物質(zhì)的質(zhì)量和它所具有的能量的關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)，E＝mc2.當(dāng)物質(zhì)的質(zhì)量減少或增加時(shí)，必然伴隨著能量的減少或增加．如果用Δm表示物體質(zhì)量的變化量，ΔE表示能量的變化量，那么虧損的質(zhì)量就對(duì)應(yīng)能量為ΔE＝Δmc2.,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,