2017-2018学年同步备课套餐之物理沪科版选修3-4课件：第5章新时空观的确定 章末总结

1、第5章,章末总结,内容索引,知识网络构建, 重点题型探究, 当堂达标检测,知识网络构建,(1)爱因斯坦相对性原理 (2)_原理,新时空 观的确立,电磁场理论引发的怪异问题,狭义相对论,光速不变,相对论,两条 公设,同时的相对性 相对论速度变换公式 时间是相对的 相对长度公式 相对质量公式,狭义相对论,几个 重要 结论,质能关系_,Emc2,新时空 观的确立,相对论,广义相对性原理 等效原理,预言与 证实,时空弯曲 光线弯曲 引力_移,广义相对论,相 对 论,新时空观的确立,两个基 本原理,无穷的宇宙：宇宙的起源、宇宙的演化,红,重点题型探究,一、时空的相对性,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，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据狭义相对论的时空观，同时是相对的. 2.时间间隔的相对性 与运动的惯性系相对静止的人认为两个事件时间间隔为t，地面观察者测得的时间间隔为t，则两者之间关系为t .,3.长度的相对性 (1)如果与杆相对静止的人认为杆长是l，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间的关系为： ll (2)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总

2、比杆静止时的长度短.,例1 如图1所示，你站在一条长木杆的中央附近，看到木杆落在地上时是两头同时着地.所以，你认为这木杆是平着落到了地上.而此时飞飞小姐正以接近光速的速度沿AB方向从木杆前面掠过，她看到B端比A端先落到地上，因而她认为木杆是向右倾斜着落地的.她的看法是否正确？,解析,答案,图1,答案 正确,解析 在静止的参考系中，A、B两端同时落地，而飞飞是运动的参考系，在她看来，沿运动方向靠前的事件先发生.因此B端先落地.,例2 某列长为100 m的火车，若以v2.7108 m/s的速度做匀速直线运动，则对地面上的观察者来说其长度缩短了多少？,解析,答案,答案 56.4 m,解析 根据公式ll 知， 长度缩短了 llll ， 代入数据可得 l56.4 m.,二、相对论速度变换公式,设参考系对地面的运动速度为v，参考系中的物体以速度u沿参考系运动的方向相对参考系运动，那么物体相对地面的速度u为：u= . (1)当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时，公式中的u取负值. (2)若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用. (3)由上式可知：u一定比uv小，但当uc时，可认为

3、uuv，这就是低速下的近似，即经典力学中的速度叠加. (4)当uvc时，uc，证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理.,例3 设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0 s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞.试问： (1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？,解析,答案,答案 0.946c,解析 取地球为S系，飞船为S系，向东为x轴正向.则S系相对S系的速度v0.60c，彗星相对S系的速度ux0.80c.由相对论速度变换公式可求得慧星相对飞船的速率ux 0.946c，即彗星以0.946c的速率向飞船靠近.,(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞？,解析,答案,答案 4.0 s,解析 把t0t00时的飞船状态视为一个事件，把飞船与彗星相碰视为第二个事件.这两个事件都发生在S系中的同一地点(即飞船上)，地球上的观察者测得这两个事件的时间间隔t5.0 s，根据时钟延缓效应可求出t，由t 5.0 s，解得t4.0 s，即从飞船上的时钟来看， 还有4.0 s的时间允许它离开原来的航线.,三、质速关系和质能关

4、系,1.质速关系 物体的质量会随物体的速度的增大而增加，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系m . (1)vc时， 0此时有mm0，也就是说：低速运动的物体，可认为其质量与物体的运动状态无关. (2)物体的运动速率无限接近光速时，其相对论质量也将无限增大，其惯性也将无限增大.其运动状态的改变也就越难，所以超光速是不可能的.,2.质能关系 (1)相对于一个惯性参考系，以速度v运动的物体其具有的能量 Emc2 其中E0m0c2为物体相对于参考系静止时的能量. (2)物体的能量变化E与质量变化m的对应关系为Emc2.,例4 一电子以0.99c的速率运动.问： (1)电子的总能量是多少？,解析,答案,答案 5.81013 J,(2)电子经典力学的动能与相对论动能之比是多少？(电子静止质量m09.11031 kg),解析,答案,答案 8102,当堂达标检测,1.(多选)关于质量和长度，下列说法中正确的是 A.物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物体本身的属性 B.物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度较小的情况下，其影 响可忽略不计 C.物体的长度与运动状态无关，是物体

5、本身的属性 D.物体的长度与运动状态有关，只是在速度较小的情况下，其影响可忽 略不计,1,2,3,4,5,解析 由相对论原理可知B、D正确.,解析,答案,2.如图2所示，假设一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，都被加速到接近光速；在我们的静止参考系中进行测量，哪辆车的质量将增大 A.摩托车 B.有轨电车 C.两者都增加 D.都不增加,解析,答案,图2,1,2,3,4,5,解析 在相对论中普遍存在一种误解，即认为运动物体的质量总是随速度增加而增大；当速度接近光速时，质量要趋于无穷大.其实物体质量增大只是发生在给它不断输入能量的时候，而不一定是增加速度的时候.对有轨电车，能量通过导线从发电厂源源不断输入，而摩托车的能源却是它自己带的.有能量不断从外界输入有轨电车，但没有能量从外界输给摩托车.能量对应于质量，所以有轨电车的质量将随速度增加而增大，而摩托车的质量不会随速度增加而增大.,1,2,3,4,5,3.火箭以 c的速度飞离地球，在火箭上向地球发射一束高能粒子，粒子相对地球的速度为 c，其运动方向与火箭的运动方向相反.则粒子相对火箭的速度大小为,解析,答案,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,4.一个以2108 m/s的速度运动着的球，半径为a，试分析静止着的人观察球会是什么样的形状？,解析,答案,答案 长轴为2a，短轴为1.49a的椭球体,1,2,3,4,5,5.电子的静止质量m09.111031 kg. (1)试用焦耳和电子伏为单位来表示电子的静质能.,解析,答案,答案 8.21014 J 0.51 MeV,解析 由质能关系得 E0m0c29.111031(3108)2 J 8.21014 J eV0.51 MeV.,1,2,3,4,5,(2)静止电子经过106 V电压加速后，其质量和速率各是多少？,解析,答案,答案 2.95m0 0.94c,1,2,3,4,5,

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