1、,目标定位,1.知道同时的相对性和时空的相对性. 2.知道两个奇特的效应尺缩效应和钟慢效应. 3.知道爱因斯坦的质速公式和质能关系公式.,学案3 爱因斯坦心目中的宇宙(选学),知识探究,自我检测,知识探究,一、爱因斯坦的时空观,问题设计,一列火车在做匀速直线运动，在某车厢中央的一个人点燃一支蜡烛.他看到车厢前后两壁是否同时被照亮，地面上的人看到的情况呢？但有了光速不变原理时，情况就不一样了，当火车速度较大时，地面上的人将认为光先到达哪个壁？,答案 车厢内的人和地面上的人都看到前后壁同时被照亮.当火车速度较大时，地面上的人认为光先到达后壁.,1.同时的相对性 在经典物理学中，如果两个事件在一个参
2、考系中认为是同时的，则在另一个参考系中一定也是同时的，而根据爱因斯坦的两条基本公设，同时是相对的. 2.时空的相对性 (1)时间和空间是不能绝对定义的，它们与物体的运动速度有关.,要点提炼,(2)根据光速不变原理和时空的性质，可导出如下关系式：,其中，x、x位置；t、t时间；v速度；c光速.,二、两个奇特的效应 1.长度收缩效应(尺缩效应) 相对于地面以一定速度运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上放置的棒，长度变短了，速度越大，变短得越多. 尺缩效应也是一种相对效应.静止参考系中沿运动方向放置的棒，在运动的参考系中测量，其长度也要收缩.,2.时间延缓效应(钟慢效应) 在一个相对我们做高速运动
3、的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长.惯性系的速度越大，我们观察到的过程经历的时间越长. 钟慢效应也是相对的.比如我们在地面上认为飞船上的时间进程变长，而飞船上的观察者认为地面上的时间进程也变长.,三、爱因斯坦的质速公式 质能关系 1.质速公式 在相对物体静止的参考系中测量，物体具有最小的质量m0(称为静止质量).在相对物体以速度v运动的惯性系中测量， 物体的运动质量为m 由于vm0，速度v越大，运动质量也越大.,2.质能关系 任何质量m都对应着一定的能量mc2，其关系式为Emc2.质能关系公式也可写成Emc2，由公式可以看出，随着一个物体质量
4、的减少，会释放出一定的能量；与此同时，另一物体吸收了能量，质量也会随之增加.,典例精析,一、对同时的相对性的理解 例1 如图1所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C，假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( ),图1,A.同时被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.无法判断 解析 本题考查了同时的相对性，列车上的观测者认为B塔发出的光对于自己的传播速度是相同的，而相对观测者C塔靠近，A塔远离，因此相对观测者光向C传播的路程小于向A传播的路程，所以C先被照亮，选项C正确. 答案 C,二、尺缩效应 例2 惯性系S中有一
5、边长为l的正方形(如图A所示).从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是( ),解析 根据相对性原理，当正方形沿x方向以接近光速匀速飞行时，在运动方向上会出现尺缩效应，而在垂直于运动方向上则不会出现尺缩效应，故选项C正确. 答案 C,三、爱因斯坦的质速公式 例3 一个静止质量m01 kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度为30 m/s，在相应的惯性参考系中，观测者测得该物体的质量为多少？,答案 1.000 000 05 kg,课堂要点小结,1.(尺缩效应的理解)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
6、( ) 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,自我检测,1,2,3,解析 由尺缩效应可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变，故选D. 答案 D,1,2,3,2.(时间延缓效应)如图2所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC.对于地面上的观察者，以下说法中正确的是( ),1,2,图2,3,A.时钟A走得最慢 B.时钟B走得最慢 C.时钟C走得最慢 D.时钟C走得最快 解析 根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都
7、是自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了，时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢. 答案 C,1,2,3,A.公式中的m0是物体以速度v运动时的质量 B.当物体运动速度v0时，物体的质量mm0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用,1,2,3,C.当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，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，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动 D.通常由于物体的速度太小，质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化,1,2,3,解析 公式中的m0是物体的静止质量，在v远小于光速时，经典力学依然成立，故A、B错，C、D对. 答案 CD,1,2,3,