第5章5.3奇特的相對(duì)論效應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)長度收縮效應(yīng).2.知道愛因斯坦質(zhì)量公式和質(zhì)能關(guān)系.3.了解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的重要區(qū)別，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測自主預(yù)習(xí)梳理1.運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩事件發(fā)生在運(yùn)動(dòng)慣性系中，地球上測量的時(shí)間間隔t，在以速度v相對(duì)于地球飛行的飛船上測量的時(shí)間間隔為t，兩者的關(guān)系為t這種效應(yīng)叫做時(shí)鐘延緩，也叫做“動(dòng)鐘變慢”.2.運(yùn)動(dòng)長度收縮在一以速度v相對(duì)于地球飛行的飛船上，有一根沿運(yùn)動(dòng)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(guān)系為ll .在靜止慣性參考系中測得的長度總是比運(yùn)動(dòng)慣性系中的要短一些，這種效應(yīng)叫做運(yùn)動(dòng)長度收縮或尺縮效應(yīng)，也叫做“動(dòng)尺縮短”.尺縮效應(yīng)只發(fā)生在 的方向上.運(yùn)動(dòng)3.愛因斯坦質(zhì)量公式物體靜止時(shí)的質(zhì)量為m0，運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量為m，兩者之間的關(guān)系為m .4.質(zhì)能關(guān)系(1)任何質(zhì)量的物體都對(duì)應(yīng)著一定的能量：E .(2)如果質(zhì)量發(fā)生了變化，其能量也相應(yīng)發(fā)生變化：E .mc2mc25.時(shí)空觀的深刻變革牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀：物理學(xué)的空間與時(shí)間是絕對(duì)分離、沒有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在，與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)_關(guān).而相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)_關(guān).人類對(duì)于空間、時(shí)間更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)而形成的新的時(shí)空觀，是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，是不斷發(fā)展、不斷完善起來的.有無重點(diǎn)知識(shí)探究一、運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)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(shí)間間隔與地上人觀測的拍兩下桌子的時(shí)間間隔相同嗎？答案答案答案不同時(shí)間間隔的相對(duì)性時(shí)間間隔的相對(duì)性(時(shí)鐘延緩時(shí)鐘延緩)1.經(jīng)典的時(shí)空觀：某兩個(gè)事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時(shí)間間隔總是相同的.2.相對(duì)論的時(shí)空觀：某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔是不同的，慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越大，慣性系中的時(shí)間進(jìn)程越慢.3.相對(duì)時(shí)間間隔公式：設(shè)t表示與運(yùn)動(dòng)的慣性系相對(duì)靜止的觀察者觀測的時(shí)間間隔，t表示地面上的觀察者觀測同樣兩事件的時(shí)間間隔，則它們的關(guān)系是t知識(shí)深化知識(shí)深化例例1 遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)長度收縮導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，假設(shè)桿MN沿著車廂的運(yùn)動(dòng)方向固定在火車上，且與火車一起運(yùn)動(dòng)，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(duì)性長度的相對(duì)性(尺縮效應(yīng)尺縮效應(yīng))1.經(jīng)典的時(shí)空觀：一條桿的長度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同.2.相對(duì)論的時(shí)空觀：長度也具有相對(duì)性，一條沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長度總比靜止長度短，但在垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長度不變.3.相對(duì)長度公式：設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長度為l，與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長度為l，桿相對(duì)于觀察者的速度為v，則l、l、v的關(guān)系是ll知識(shí)深化知識(shí)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(yīng)該為多少？如果火箭的速度達(dá)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(dāng)火箭速度較低時(shí)，長度基本不變，還是100 km.當(dāng)火箭的速度達(dá)到0.6c時(shí)，由相對(duì)論長度公式ll0 代入相應(yīng)的數(shù)據(jù)解得：l100 km80 km.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究一個(gè)恒力作用在物體上產(chǎn)生一恒定加速度，由vat可知，經(jīng)過足夠長的時(shí)間，物體可以達(dá)到任意速度，甚至超過光速嗎？答案答案答案不會(huì)超過光速三、愛因斯坦質(zhì)量公式和質(zhì)能關(guān)系1.相對(duì)論質(zhì)量相對(duì)論質(zhì)量(1)經(jīng)典力學(xué)：物體的質(zhì)量是不變的，一定的力作用在物體上產(chǎn)生一定的加速度，經(jīng)過足夠長時(shí)間后物體可以達(dá)到任意的速度.(2)相對(duì)論：物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增加.物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系是：m ，因?yàn)榭傆衯c，可知運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量m總要大于它靜止時(shí)的質(zhì)量m0.知識(shí)深化知識(shí)深化2.質(zhì)能關(guān)系質(zhì)能關(guān)系愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式：Emc2.理解這個(gè)公式應(yīng)注意：(1)質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量的關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng).(2)靜止物體的能量為E0m0c2，這種能量叫做物體的靜質(zhì)能.每個(gè)有靜質(zhì)量的物體都具有靜質(zhì)能.(3)物體的總能量E為動(dòng)能與靜質(zhì)能之和即EEkE0mc2(m為動(dòng)質(zhì)量).(4)由質(zhì)能關(guān)系式可知Emc2.有人根據(jù)Emc2得出結(jié)論：質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，這種說法對(duì)嗎？延伸思考延伸思考答案答案答案不對(duì).Emc2表明質(zhì)量與能量之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，物體吸收或放出能量，則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量會(huì)增加或減少，質(zhì)量與能量并沒有相互轉(zhuǎn)化.對(duì)一個(gè)封閉的系統(tǒng)，質(zhì)量是守恒的，能量也是守恒的.例例3 (1)冥王星繞太陽公轉(zhuǎn)的線速率為4.83103 m/s，求其靜止質(zhì)量為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的百分之幾.答案答案99.999 9%解析答案解析解析設(shè)冥王星的靜止質(zhì)量為m0，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m，(2)星際火箭以0.8c的速率飛行，其靜止質(zhì)量為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的多少？答案答案0.6解析答案解析解析設(shè)星際火箭的靜止質(zhì)量為m0，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m，針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練下列關(guān)于愛因斯坦質(zhì)能方程的說法中，正確的是A.只有運(yùn)動(dòng)的物體才具有質(zhì)能，靜止的物體沒有質(zhì)能B.一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)C.Emc2中能量E其實(shí)就是物體的內(nèi)能D.由Emc2知質(zhì)量與能量可以相互轉(zhuǎn)化解析答案解析解析物體具有的質(zhì)量與質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量稱為質(zhì)能，Emc2表明質(zhì)量與能量之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，物體吸收或放出能量，則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量會(huì)增加或減少，質(zhì)量與能量并沒有相互轉(zhuǎn)化.故選項(xiàng)D錯(cuò)誤，B正確；靜止的物體也具有能量，稱為靜質(zhì)能E0，E0m0c2，m0叫做靜質(zhì)量；Emc2中的能量E包括靜質(zhì)能E0和動(dòng)能Ek，而非物體的內(nèi)能，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤.課堂要點(diǎn)小結(jié)課堂要點(diǎn)小結(jié)當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測1.(多選)關(guān)于物體的質(zhì)量，下列說法正確的是A.在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)量是保持不變的B.在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨物體的速度變化而變化C.在相對(duì)論力學(xué)中，物體靜止時(shí)的質(zhì)量最小D.在相對(duì)論力學(xué)中，物體的質(zhì)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(xué)中，物體的質(zhì)量是保持不變的，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；在相對(duì)論力學(xué)中，由于物體的速度v不可能達(dá)到光速c，所以根據(jù)m 可判斷選項(xiàng)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(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同，這是經(jīng)典 物理學(xué)的觀點(diǎn)B.一條沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長度總比桿靜止時(shí)的長度小C.一條桿的長度靜止時(shí)為l0，不管桿如何運(yùn)動(dòng)，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(duì)運(yùn)動(dòng)，與它們一起運(yùn) 動(dòng)的兩位觀察者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿縮短了解析答案123解析解析根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)可知，選項(xiàng)A正確；根據(jù)“運(yùn)動(dòng)長度收縮”效應(yīng)知，選項(xiàng)B、D正確；只有在運(yùn)動(dòng)方向上才有“長度收縮”效應(yīng)，若桿沿垂直桿的方向運(yùn)動(dòng)，則桿的長度不變，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.1233.(多選)一個(gè)物體靜止時(shí)質(zhì)量為m0，能量為E0，速度為v時(shí)，質(zhì)量為m，能量為E，動(dòng)能為Ek，下列說法正確的是A.物體速度為v時(shí)的能量Emc2B.物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek mc2C.物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek mv2D.物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek(mm0)c2解析答案解析解析物體具有的質(zhì)量與質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量稱為質(zhì)能，Emc2表明質(zhì)量與能量之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，物體吸收或放出能量，則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量會(huì)增加或減少，故選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤.123