【教案】2017沪科版高中物理选修（3-4）5.3《奇特的相对论效应》学案.docVIP

5.2　奇特的相对论效应 [学习目标定位]　1.了解运动时钟延缓效应和运动长度收缩效应.2.知道爱因斯坦质量公式和质能关系.3.了解经典时空观与相对论时空观的重要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响． 1．由牛顿第二定律可知，物体所受的外力F与物体的质量m、物体产生的加速度a之间的关系为F＝ma. 2．运动时钟延缓 事件发生在运动惯性系中，地球上测量的时间间隔Δt，在以速度v相对于地球飞行的飞船上测量的时间间隔为Δt′，两者的关系为Δt＝，这种效应叫做时钟延缓，也叫做“动钟变慢”． 3．运动长度收缩 在一以速度v相对于地球飞行的飞船上，有一根沿运动方向放置且静止的棒，在地球上测量它的长度为l，在飞船上测量的长度为l′，两者的关系为l＝l′.在静止惯性参考系中测得的长度总是比运动惯性系中的要短一些，这种效应叫做运动长度收缩或尺缩效应，也叫做“动尺缩短”． 尺缩效应只发生在运动的方向上． 4．爱因斯坦质量公式 物体静止时的质量为m0，运动时的质量为m，两者之间的关系为m＝. 5．质能关系 (1)任何质量的物体都对应着一定的能量：E＝mc2. (2)如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化：ΔE＝Δmc2. 6．时空观的深刻变革 牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离、没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关． 而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关． 人类对于空间、时间更进一步地认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，是不断发展、不断完善起来的. 一、运动时钟延缓 [问题设计] 一列火车沿平直轨道飞快匀速行驶，某人在这列火车上拍了两下桌子，车上的人观测的两次拍桌子的时间间隔与地上人观测的拍两下桌子的时间间隔相同吗？ 答案　不同 [要点提炼] 时间间隔的相对性(时钟延缓) 1．经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的． 2．相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系相对运动速度越大，惯性系中的时间进程越慢． 3．相对时间间隔公式：设Δt′表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，Δt表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝. 例1　远方的一颗星以0.8c的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？ 解析　5昼夜是地球上测得的，即Δt＝5 d 由Δt＝得Δt′＝Δt Δt′＝3 d 答案　3昼夜 二、运动长度收缩 [问题设计] 假设杆MN沿着车厢的运动方向固定在火车上，且与火车一起运动，火车上的人测得杆的长度与地面上的人测得杆的长度相同吗？ 图1 答案　不同 [要点提炼] 长度的相对性(尺缩效应) 1．经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同． 2．相对论的时空观：长度也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止长度短，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变． 3．相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l′，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则l、l′、v的关系是l＝l′. 例2　一观察者测得运动着的米尺长为0.5 m，该米尺静止时长为1 m，求此米尺以多大的速度移动． 解析　以观察者为一参考系测得的长度为l，米尺为另一参考系，测得米尺的长度为l′，根据公式l＝l′，可得：v＝c 代入数据c＝3×108 m/s，l′＝1 m，l＝0.5 m 所以v＝0.866 c＝2.6×108 m/s. 答案　2.6×108 m/s 三、爱因斯坦质量公式和质能关系 [问题设计] 一个恒力作用在物体上产生一恒定加速度，由v＝at可知，经过足够长的时间，物体可以达到任意速度，甚至超过光速吗？ 答案　不会超过光速 [要点提炼] 1．相对论质量 (1)经典力学：物体的质量是不变的，一定的力作用在物体上产生一定的加速度，经过足够长时间后物体可以达到任意的速度． (2)相对论：物体的质量随物体速度的增大而增加． 物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系是：m＝，因为总有vc，可知运动物体的质量m总要大于它静止时的质量m0. 2．质能关系 爱因斯坦质能关系式：E＝mc2. 理解这个公式应注意： (1)质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应． (2)静止物体的能量为E0＝m0c2，这种能量叫做物体的静质能．每个有静质量的物体都具有静质能． (3)物体的总能量E为动能与静质能之和 即E＝Ek＋E0＝mc2(m为动质量)． (4)由质能关系式可知ΔE＝Δmc2. [延伸思考] 有人根据E＝mc