第5章5.3奇特的相對論效應學習目標1.了解運動時鐘延緩效應和運動長度收縮效應.2.知道愛因斯坦質量公式和質能關系.3.了解經典時空觀與相對論時空觀的重要區(qū)別，體會相對論的建立對人類認識世界的影響.內容索引自主預習梳理 重點知識探究 當堂達標檢測自主預習梳理1.運動時鐘延緩事件發(fā)生在運動慣性系中，地球上測量的時間間隔t，在以速度v相對于地球飛行的飛船上測量的時間間隔為t，兩者的關系為t這種效應叫做時鐘延緩，也叫做“動鐘變慢”.2.運動長度收縮在一以速度v相對于地球飛行的飛船上，有一根沿運動方向放置且靜止的棒，在地球上測量它的長度為l，在飛船上測量的長度為l，兩者的關系為ll .在靜止慣性參考系中測得的長度總是比運動慣性系中的要短一些，這種效應叫做運動長度收縮或尺縮效應，也叫做“動尺縮短”.尺縮效應只發(fā)生在 的方向上.運動3.愛因斯坦質量公式物體靜止時的質量為m0，運動時的質量為m，兩者之間的關系為m .4.質能關系(1)任何質量的物體都對應著一定的能量：E .(2)如果質量發(fā)生了變化，其能量也相應發(fā)生變化：E .mc2mc25.時空觀的深刻變革牛頓物理學的絕對時空觀：物理學的空間與時間是絕對分離、沒有聯(lián)系的，脫離物質而單獨存在，與物質的運動_關.而相對論認為：有物質才有時間和空間，空間和時間與物體的運動狀態(tài)_關.人類對于空間、時間更進一步地認識而形成的新的時空觀，是建立在新的實驗事實和相關結論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎上，是不斷發(fā)展、不斷完善起來的.有無重點知識探究一、運動時鐘延緩導學探究導學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，車上的人觀測的兩次拍桌子的時間間隔與地上人觀測的拍兩下桌子的時間間隔相同嗎？答案答案答案不同時間間隔的相對性時間間隔的相對性(時鐘延緩時鐘延緩)1.經典的時空觀：某兩個事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時間間隔總是相同的.2.相對論的時空觀：某兩個事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時間間隔是不同的，慣性系相對運動速度越大，慣性系中的時間進程越慢.3.相對時間間隔公式：設t表示與運動的慣性系相對靜止的觀察者觀測的時間間隔，t表示地面上的觀察者觀測同樣兩事件的時間間隔，則它們的關系是t知識深化知識深化例例1 遠方的一顆星以0.8c的速度離開地球，測得它輻射出來的閃光按5晝夜的周期變化，求在此星球上測其閃光周期為多大？答案答案3晝夜解析答案解析解析5晝夜是地球上測得的，即t5 dt3 d二、運動長度收縮導學探究導學探究如圖1所示，假設桿MN沿著車廂的運動方向固定在火車上，且與火車一起運動，火車上的人測得桿的長度與地面上的人測得桿的長度相同嗎？答案答案答案不同圖1長度的相對性長度的相對性(尺縮效應尺縮效應)1.經典的時空觀：一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同.2.相對論的時空觀：長度也具有相對性，一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比靜止長度短，但在垂直于桿的運動方向上，桿的長度不變.3.相對長度公式：設相對于桿靜止的觀察者認為桿的長度為l，與桿有相對運動的人認為桿的長度為l，桿相對于觀察者的速度為v，則l、l、v的關系是ll知識深化知識深化例例2 地面上長100 km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30 km/s的速度掠過，則火箭上的人看到鐵路的長度應該為多少？如果火箭的速度達到0.6c，則火箭上的人看到的鐵路的長度又是多少？答案答案100 km80 km解析答案解析解析當火箭速度較低時，長度基本不變，還是100 km.當火箭的速度達到0.6c時，由相對論長度公式ll0 代入相應的數(shù)據(jù)解得：l100 km80 km.導學探究導學探究一個恒力作用在物體上產生一恒定加速度，由vat可知，經過足夠長的時間，物體可以達到任意速度，甚至超過光速嗎？答案答案答案不會超過光速三、愛因斯坦質量公式和質能關系1.相對論質量相對論質量(1)經典力學：物體的質量是不變的，一定的力作用在物體上產生一定的加速度，經過足夠長時間后物體可以達到任意的速度.(2)相對論：物體的質量隨物體速度的增大而增加.物體以速度v運動時的質量m與靜止時的質量m0之間的關系是：m ，因為總有vc，可知運動物體的質量m總要大于它靜止時的質量m0.知識深化知識深化2.質能關系質能關系愛因斯坦質能關系式：Emc2.理解這個公式應注意：(1)質能方程表達了物體的質量和它所具有的能量的關系：一定的質量總是和一定的能量相對應.(2)靜止物體的能量為E0m0c2，這種能量叫做物體的靜質能.每個有靜質量的物體都具有靜質能.(3)物體的總能量E為動能與靜質能之和即EEkE0mc2(m為動質量).(4)由質能關系式可知Emc2.有人根據(jù)Emc2得出結論：質量可以轉化為能量，能量可以轉化為質量，這種說法對嗎？延伸思考延伸思考答案答案答案不對.Emc2表明質量與能量之間存在一一對應的關系，物體吸收或放出能量，則對應的質量會增加或減少，質量與能量并沒有相互轉化.對一個封閉的系統(tǒng)，質量是守恒的，能量也是守恒的.例例3(1)冥王星繞太陽公轉的線速率為4.83103 m/s，求其靜止質量為運動質量的百分之幾.答案答案99.999 9%解析答案解析解析設冥王星的靜止質量為m0，運動質量為m，(2)星際火箭以0.8c的速率飛行，其靜止質量為運動質量的多少？答案答案0.6解析答案解析解析設星際火箭的靜止質量為m0，運動質量為m，針對訓練針對訓練下列關于愛因斯坦質能方程的說法中，正確的是A.只有運動的物體才具有質能，靜止的物體沒有質能B.一定的質量總是和一定的能量相對應C.Emc2中能量E其實就是物體的內能D.由Emc2知質量與能量可以相互轉化解析答案解析解析物體具有的質量與質量對應的能量稱為質能，Emc2表明質量與能量之間存在一一對應的關系，物體吸收或放出能量，則對應的質量會增加或減少，質量與能量并沒有相互轉化.故選項D錯誤，B正確；靜止的物體也具有能量，稱為靜質能E0，E0m0c2，m0叫做靜質量；Emc2中的能量E包括靜質能E0和動能Ek，而非物體的內能，故選項A、C錯誤.課堂要點小結課堂要點小結當堂達標檢測1.(多選)關于物體的質量，下列說法正確的是A.在牛頓力學中，物體的質量是保持不變的B.在牛頓力學中，物體的質量隨物體的速度變化而變化C.在相對論力學中，物體靜止時的質量最小D.在相對論力學中，物體的質量隨物體速度的增大而增加123解析答案解析解析在牛頓力學中，物體的質量是保持不變的，故選項A正確，B錯誤；在相對論力學中，由于物體的速度v不可能達到光速c，所以根據(jù)m 可判斷選項C、D均正確.1232.(多選)下列說法中正確的是A.一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同，這是經典 物理學的觀點B.一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小C.一條桿的長度靜止時為l0，不管桿如何運動，桿的長度均小于l0D.如果兩條平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們一起運 動的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了解析答案123解析解析根據(jù)經典物理學可知，選項A正確；根據(jù)“運動長度收縮”效應知，選項B、D正確；只有在運動方向上才有“長度收縮”效應，若桿沿垂直桿的方向運動，則桿的長度不變，故選項C錯誤.1233.(多選)一個物體靜止時質量為m0，能量為E0，速度為v時，質量為m，能量為E，動能為Ek，下列說法正確的是A.物體速度為v時的能量Emc2B.物體速度為v時的動能Ek mc2C.物體速度為v時的動能Ek mv2D.物體速度為v時的動能Ek(mm0)c2解析答案解析解析物體具有的質量與質量對應的能量稱為質能，Emc2表明質量與能量之間存在一一對應的關系，物體吸收或放出能量，則對應的質量會增加或減少，故選項A、D正確，B、C錯誤.123