2017沪科版高中物理必修二6.3《爱因斯坦心目中的宇宙》word学案

2017

学案3 爱因斯坦心目中的宇宙(选学)

[学习目标定位] 1.知道同时的相对性和时空的相对性.2.知道两个奇特的效应——尺缩效应和钟慢效应.3.知道爱因斯坦的质速公式和质能关系公式．

一、爱因斯坦的时空观

1．同时的相对性．时间与物体的运动速度有关．

2．时空的相对性：时间、空间与物体运动速度有关，关系式为x ＝x ′＋v t ′1－v 2c 2，t ＝t ′＋v c 2x ′1－v 2

c 2. 二、爱因斯坦的质速公式：m ＝

m 01－v 2

c

2 三、爱因斯坦的质能关系公式：E ＝mc 2

一、爱因斯坦的时空观

[问题设计]

一列火车在做匀速直线运动，在某车厢中央的一个人点燃一支蜡烛．他看到车厢前后两壁是否同时被照亮，地面上的人看到的情况呢？但有了光速不变原理时，情况就不一样了，当火车速度较大时，地面上的人将认为光先到达哪个壁？

答案 车厢内的人和地面上的人都看到前后壁同时被照亮．当火车速度较大时，地面上的人认为光先到达后壁．

[要点提炼]

1．同时的相对性

在经典物理学中，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，则在另一个参考系中一定也是同时的，而根据爱因斯坦的两条基本公设，同时是相对的．

2．时空的相对性

(1)时间和空间是不能绝对定义的，它们与物体的运动速度有关．

(2)根据光速不变原理和时空的性质，可导出如下关系式：

x ＝ x ′＋v t ′1－v 2c 2，t ＝ t ′＋v c 2x ′1－v 2

c

2 其中，x 、x ′——位置；t 、t ′——时间；v ——速度；c ——光速．

二、两个奇特的效应

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1．长度收缩效应(尺缩效应)

相对于地面以一定速度运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上放置的棒，长度变短了，速度越大，变短得越多．

尺缩效应也是一种相对效应．静止参考系中沿运动方向放置的棒，在运动的参考系中测量，其长度也要收缩．

2．时间延缓效应(钟慢效应)

在一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长．惯性系的速度越大，我们观察到的过程经历的时间越长． 钟慢效应也是相对的．比如我们在地面上认为飞船上的时间进程变长，而飞船上的观察者认为地面上的时间进程也变长．

三、爱因斯坦的质速公式 质能关系

1．质速公式

在相对物体静止的参考系中测量，物体具有最小的质量m 0(称为静止质量)．在相对物体以速

度v 运动的惯性系中测量，物体的运动质量为m ＝ m 01－(v c

)2 由于v <c ，所以m >m 0，速度v 越大，运动质量也越大．

2．质能关系

任何质量m 都对应着一定的能量mc 2，其关系式为E ＝

mc 2.质能关系公式也可写成ΔE ＝Δmc 2，由公式可以看出，随着一个物体质量的减少，会释放出一定的能量；与此同时，另一物体吸收了能量，质量也会随之增加．

一、对同时的相对性的理解

例1 如图1所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A 、B 和C ，假想有一列车沿AC

方向以接近光速行驶，当铁塔B 发出一个闪光，列车上的观测者测得A 、C 两铁塔被照亮的顺序是( )

图1

A ．同时被照亮

B ．A 先被照亮

C ．C 先被照亮

D ．无法判断

解析 本题考查了同时的相对性，列车上的观测者认为B 塔发出的光对于自己的传播速度是相同的，而相对观测者C 塔靠近，A 塔远离，因此相对观测者光向C 传播的路程小于向A

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传播的路程，所以C先被照亮，选项C正确．

答案 C

二、尺缩效应

例2惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)．从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是()

解析根据相对性原理，当正方形沿x方向以接近光速匀速飞行时，在运动方向上会出现尺缩效应，而在垂直于运动方向上则不会出现尺缩效应，故选项C正确．

答案 C

三、爱因斯坦的质速公式

例3一个静止质量m0＝1 kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度为30 m/s，在相应的惯性参考系中，观测者测得该物体的质量为多少？

解析由爱因斯坦的质速公式m

＝

m0

1－(

v

c)

2

得

m＝

1

1－(

30

3×108

)2

kg＝1.000 000 05 kg.

答案 1.000 000 05 kg

1．(尺缩效应的理解)假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是()

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A．这个人是一个矮胖子

B．这个人是一个瘦高个子

C．这个人矮但不胖

D．这个人瘦但不高

答案 D

解析由尺缩效应可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变，故选D.

2．(时间延缓效应)如图2所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C 分别放在两个火箭上，以速度v B和v C朝同一方向飞行，v B＜v C.对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是()

图2

A．时钟A走得最慢B．时钟B走得最慢

C．时钟C走得最慢D．时钟C走得最快

答案 C

解析根据相对论的时空观 …… 此处隐藏：1290字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……