6.1 高速世界 学案 (1)

6.1
高速世界
学案
【学习目标】
初步了解爱因斯坦相对论建立的背景
知道时间延缓，长度缩短，质速关系，质能关系和时空弯曲。能运用相对论知识解释简单的现象。
3．了解经典物理学的局限，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。
【学习重点】
【知识要点】
一、高速世界的两个基本原理
1、相对性原理：物理规律在一切惯性系中都具有相同的形式。
2、光速不变原理：在一切惯性学中，测量到的真空中的光速都一样。
二、时间延缓效应
在相对论时空观中的关系为
三、长度收缩效应
在相对论时空观中的关系为
四、质速关系
在相对论时空观中的关系为
五、质能关系
质量与能量的基本关系为
六、时空弯曲
（1）相对惯性系做变速运动的参照系都是非惯性系
（2）爱因斯坦认为加速和引力是等效的，如果加速运动能够使光线弯曲，那么，引力也能使光线弯曲。
（3）按照广义相对论光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了，引力不但影响空间而且影响时间，此影响可描述为时空弯曲。
【典型例题】
例题1：若一辆高速火车A的对地速度为，车上的人以速度沿着火车前进的方向相对火车运动，则按照狭义相对论观点，该人相对于地面的速度应该为。
（1）根据上述表述的材料，试证明按照相对论的时空观算出的火车对地速度比按照经典物理算出的火车对地速度要小；
（2）试证明相对论的观点：在不同的参照系中，光速总是相同的。
解析．（1）按照经典物理算出的火车对地速度为，按照相对论的时空观算出的火车对地速度，由于火车和人的速度均小于光速，通过表达式的对比，可知按照相对论的时空观算出的火车对地速度比按照经典物理算出的火车对地速度要小。
（2）设火车的速度和人在车上相对于车的速度均为光速C，带入表达式得到人相对于地面的速度还是光速C，即在不同的参照系中，光速总是相同的。
【达标训练】
1．一辆小车在地面上运动的速度为，有一人在行进的小车上向前走动，相对于车的速度为，则关于此人的运动速度的描述中说法正确的是（
）
A．在牛顿的经典力学中描述出的人的对地速度为
B．在相对论中描述出的速度为
C．由于相对论中同一过程的位移和时间的测量在不同的参照系中是不同的，故式子不能成立
D．在牛顿的经典力学中位移和时间的测量与参照系无关，在不同惯性参照系中所有位移和时间的测量结果相同。
答案：
1．ACD
2、一物理实验小组将一横截面积为S的柱形容器中注入质量为m的水，经阳光直射时间t后，测得水温升高△T，设水对阳光的吸收率为η，阳光光子的平均波长为λ，水的比热容为C，试求该段时间内到达水面的太阳光光子数。
解析：水吸收到的光子能量为
E1=Cm△T
每个光子的能量
ε=h
∴
水吸收到的光子数
N1=
由题意，时间t内到在水面的光子数
N2=
3、已知重核的裂变能获得核能，一个质量为m1的重核A，俘获了一个质量为m0的中子（中子动能略去不计）后，裂变为两个中等质量的核B（质量为m2）和C（质量为m3），则此时核发将发出多少核能？
解析：反应前质量为m0+m1，反应后质量为m2+m3，
由质能关系得
△E=△mc2=(m0+m1-m2-m3)c2
【反思】
收获
疑问