2018-2019版高中物理 第5章 新時(shí)空觀的確立 5.3 奇特的相對(duì)論效應(yīng)學(xué)案 滬科版選修3-4.doc
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5.3 奇特的相對(duì)論效應(yīng) [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度收縮效應(yīng).2.知道愛(ài)因斯坦質(zhì)量公式和質(zhì)能關(guān)系.3.了解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的重要區(qū)別，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響． 1．運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩 事件發(fā)生在運(yùn)動(dòng)慣性系中，地球上測(cè)量的時(shí)間間隔Δt，在以速度v相對(duì)于地球飛行的飛船上測(cè)量的時(shí)間間隔為Δt′，兩者的關(guān)系為Δt＝，這種效應(yīng)叫做時(shí)鐘延緩，也叫做“動(dòng)鐘變慢”． 2．運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度收縮 在一以速度v相對(duì)于地球飛行的飛船上，有一根沿運(yùn)動(dòng)方向放置且靜止的棒，在地球上測(cè)量它的長(zhǎng)度為l，在飛船上測(cè)量的長(zhǎng)度為l′，兩者的關(guān)系為l＝l′.在靜止慣性參考系中測(cè)得的長(zhǎng)度總是比運(yùn)動(dòng)慣性系中的要短一些，這種效應(yīng)叫做運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度收縮或尺縮效應(yīng)，也叫做“動(dòng)尺縮短”． 尺縮效應(yīng)只發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的方向上． 3．愛(ài)因斯坦質(zhì)量公式 物體靜止時(shí)的質(zhì)量為m0，運(yùn)動(dòng)時(shí)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(duì)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(shí)空觀的深刻變革 牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀：物理學(xué)的空間與時(shí)間是絕對(duì)分離、沒(méi)有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在，與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)． 而相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)． 人類對(duì)于空間、時(shí)間更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)而形成的新的時(shí)空觀，是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(lái)的. 一、運(yùn)動(dòng)時(shí)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(cè)的兩次拍桌子的時(shí)間間隔與地上人觀測(cè)的拍兩下桌子的時(shí)間間隔相同嗎？ 答案 不同 [知識(shí)深化] 時(shí)間間隔的相對(duì)性(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：某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔是不同的，慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越大，慣性系中的時(shí)間進(jìn)程越慢． 3．相對(duì)時(shí)間間隔公式：設(shè)Δt′表示與運(yùn)動(dòng)的慣性系相對(duì)靜止的觀察者觀測(cè)的時(shí)間間隔，Δt表示地面上的觀察者觀測(cè)同樣兩事件的時(shí)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(kāi)地球，測(cè)得它輻射出來(lái)的閃光按5晝夜的周期變化，求在此星球上測(cè)其閃光周期為多大？ 答案 3晝夜 解析 5晝夜是地球上測(cè)得的，即Δt＝5d 由Δt＝得Δt′＝Δt Δt′＝3d 二、運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)方向固定在火車上，且與火車一起運(yùn)動(dòng)，火車上的人測(cè)得桿的長(zhǎng)度與地面上的人測(cè)得桿的長(zhǎng)度相同嗎？ 圖1 答案 不同 [知識(shí)深化] 長(zhǎng)度的相對(duì)性(尺縮效應(yīng)) 1．經(jīng)典的時(shí)空觀：一條桿的長(zhǎng)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(zhǎng)度也具有相對(duì)性，一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止長(zhǎng)度短，但在垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度不變． 3．相對(duì)長(zhǎng)度公式：設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l′，與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l，桿相對(duì)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(zhǎng)100km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30km/s的速度掠過(guò)，則火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)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(zhǎng)度又是多少？ 答案 100km 80km 解析 當(dāng)火箭速度較低時(shí)，長(zhǎng)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(zhǎng)度公式l＝l0代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得：l＝100 km＝80 km. 三、愛(ài)因斯坦質(zhì)量公式和質(zhì)能關(guān)系 [導(dǎo)學(xué)探究] 一個(gè)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(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，物體可以達(dá)到任意速度，甚至超過(guò)光速嗎？ 答案 不會(huì)超過(guò)光速 [知識(shí)深化] 1．相對(duì)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(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后物體可以達(dá)到任意的速度． (2)相對(duì)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(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)榭傆衯下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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