5.2-5.3 相对论中的神奇时空、探索宇宙的奥秘 教案-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

3.0 envi 2024-12-31 4 4 3.04MB 7 页 3知币
侵权投诉
第5章第 2节 相对论中的神奇时空
第5章第 3节 探索宇宙的奥秘
一、（狭义）相对论的两个效应
1、时间延缓效应（时钟变慢）
（1）时间延缓效应是时空的一种属性。
在运动参考系中的时间节奏变缓慢了。一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏都变慢了。
（2）运动的相对性
在某个参考系中，同一地点先后发生了两个事件，用固定在该参考系中的钟来测定两事件的时间间隔称
为时间延缓。日常生活中的时间延缓效应可以忽略，在运动速度接近光速时,则变得特别重要。
（3）时间间隔的相对性
运动的列车上的乘客测得的列车上的时间为 τ0，地面观察者测得的时间为 τ，则两者之间关系为
。由于 ，所以总有 τ>τ0，此种情况称为时间延缓效应。
（4）运动时钟显示的时间 τ比静止的时钟显示的时间 τ0延缓了，而时钟的结构并没有改变。
2、长度收缩效应
（1）经典物理学认为，一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，但在相对论时空观中，
杆的长度将发生变化。如果与杆相对静止的人认为杆长是 L0，与杆相对运动的人认为杆长是 L，则两者
之间的关系为： 。由于 ，所以总有 L<L0，此种情况称为长度收缩效应。
（2）一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比其静止时的长度短。这种长度观测效应被称为长度收缩。
（3）L为沿运动方向观测到的物体长度 L0为物体静止时观测到的长度，在垂直于运动方向上，物体的长
度没有变化。
3、时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法
（1）“钟慢效应”或“动钟变慢”是在两个不同惯性系中进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的
结构或精度因运动而发生了变化，而是在不同参考系中对时间的观测效应。
（2）运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了。
（3）长度收缩效应是狭义相对论时空观的一种体现，即在不同惯性系中的观测者对同一物体的同一个空
间广延性进行观测，测得的结果不同。
（4）长度收缩效应这种沿着运动方向的长度的变化是相对的；另外垂直于速度方向的长度不变。
二、（狭义）相对论的质能关系和质速关系
1、质能关系
（1）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。
（2）相对论的观点
爱因斯坦质能方程：E=mc2，物质的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加，当物体的质量发
生变化时，其质能关系可写成 。根据爱因斯坦的质能关系，人们利用重核裂变反应前后质量
亏损释放大量能量发电及制造原子弹。
2、质速关系
（1）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,与物体所处的时空和运动状态无
关。由牛顿第二定律 F=ma 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。
（2）相对论的观点
物体以速度 v运动时的质量 m与静止时质量 m0之间的关系式为 。物体的质量随速度的增大
而增大。在低速运动中，质量的变化可以忽略不计。
3、速度上限
（1）任何物体的速度都不能超过光速。
（2）一般情况下，由于物体的速度 v c≪，相对论效应消失，其结果还原为经典力学。因此认为经典力学
是相对论力学在低速情况下的近似。
三、奇妙的时空弯曲
1、爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。
2、天体之间的引力作用是时空弯曲的结果。是广义相对论的时空弯曲理论在弱引力场的近似表述。
3、广义相对论的实验验证是光线在引力场中弯曲。
四、探索宇宙的奥秘
1、宇宙的起源
大爆炸宇宙模型认为：宇宙从一个温度无限高、物质密度无限大的“奇点”爆炸而成。大爆炸宇宙模型
不仅能解释宇宙光谱的红移现象，而且预言在大爆炸的背景下产生的微波辐射至今存在于宇宙空间中。
2、宇宙的演化
通过观测和理论分析，科学家推测宇宙的大部分都是由暗物质和暗能量组成的。
3、永不停息的探索
（1）1929 年美国天文学家哈勃的观测说明星系都在互相远离。哈勃定律说明了距离地球越远的星系运动
速度越快。
（2）宇宙茫茫无际，人类的探索也不会停止，为了摆脱大气层的影响，人们先后发射了许多人造卫星及
宇宙飞行器，用于天文观测。2016 年，我国落成启用的世界上最大单口径、最灵敏、具有我国自主知识
产权的射电望远镜，是人类探索宇宙深处奥秘的神奇“眼睛”—“中国天眼”。
（3）2015 年，人类首次直接探测到引力波的存在。这是由两个黑洞合并为一个更大的黑洞产生的。
【课后练习】
1、（多选）一枚火箭静止于地面时长为 30 m，两个完全相同的时钟分别放在火箭内和地面上。火箭以速
度v飞行，光速为 c，下列判断正确的是（ ）
A、若v=0.5c，火箭上的观察者测得火箭的长度仍为30 m
B、若v=0.5c，地面上的观察者测得火箭的长度仍为30 m
C、若v=0.5c，火箭上的观察者认为地面上的时钟走得快
D、若v=0.5c，地面上的观察者认为火箭上的时钟走得慢
【答案】AD。
2、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（ ）
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。
3、A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA＞vB。在火箭 A上的人观察到的结果正确的是（
）
A．火箭 A上的时钟走得最快
B．地面上的时钟走得最快
C．火箭 B上的时钟走得最快
D．火箭 B上的时钟走得最慢
【答案】A。
4、（多选）对于公式 ，下列说法中正确的是（ ）
A．公式中的 m是物体以速度 v运动时的质量
B．当物体的运动速度 v>0 时，物体的质量 m>m0，即物体的质量改变了，故这种情况下，经典力学不再
适用
C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动
时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的运动速度太小，质量的变化引不起我们的感觉，故在分析地球上物体的运动时，不必
考虑质量的变化
【答案】ACD。
5、假设有兄弟俩个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，
哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是（ ）
A．哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B．弟弟思念哥哥而加速生长
5.2-5.3 相对论中的神奇时空、探索宇宙的奥秘 教案-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册.docx

共7页,预览3页

还剩页未读， 继续阅读

相关推荐

更多
立即下载
作者：envi 分类：高中 价格：3知币 属性：7 页 大小：3.04MB 格式：DOCX 时间：2024-12-31

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务

作者详情

相关内容

更多

推荐作者

热门标签

大联考 高考地理 英语真题 听力 语法填空 石家庄 数学竞赛 读后续写 英语阅读 深圳中学
/ 7
评分 收藏
分享
立即下载
客服
关注