搜索
[课标要求]1．知道世纪之交的晴朗的物理学天空上的两朵乌云，了解其主要内容以及由此所引起的物理学理论的发展与创新；认识经典力学的适用范围和局限性。知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。第1节初识相对论相对论中的神奇时空探索宇宙的奥秘第5章科学进步无止境2．运用相对论时空观中的基本观点解决简单问题。3．了解宇宙的起源、演化和人们对宇宙永不停息的探索。4．查阅相关资料，了解相对论的发现过程，知道科学理论发展过程的继承与扬弃。一、狭义相对论的两条基本原理填一填(1)相对性原理所有物理规律在一切中都具有相同的形式。(2)光速不变原理在一切惯性参考系中，测量到的都一样。由这两条假设所建立的理论叫作狭义相对论。惯性参考系真空中的光速c二、相对论时空观1．填一填(1)时间延缓效应对同一个物理事件，在静止参考系中观测所经历的时间为τ0，在高速运动的参考系中观测所经历的时间为τ，则有τ＝。τ01－v2c2(2)长度收缩效应设静止物体长为l0，在此长度方向上运动的速度为v时，在此惯性系中测量长度为l，则由狭义相对论会得出如下关系式：l＝。l01－v2c2(3)质能关系爱因斯坦对质量和能量给出了如下关系式：或。(4)质速关系经典力学中，物体的质量与运动无关。从相对论的角度看，物体的质量是变化的。当物体相对于某惯性参考系静止时，它具有最小的质量m0；当物体以速度v相对该惯性参考系运动时，则在该惯性参考系观测它的质量为m＝。E＝mc2ΔE＝Δmc2m01－v2c2(5)时空弯曲爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，和会发生弯曲。天体之间的万有引力作用是的结果。万有引力是广义相对论的时空弯曲理论在弱引力场的近似表述。2．判一判(1)时间延缓效应是说时钟走得慢了。()(2)长度的收缩效应表明物体真实长度变小。()(3)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。()(4)爱因斯坦质能关系式E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比。()空间时间时空弯曲×××√(5)时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。()×3．想一想如图，一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，思考以下两个问题：(1)甲图中，车上的观察者观察到闪光是否同时到达前后两壁。提示：车上的观察者以车厢为参考系，闪光同时到达前后两壁。(2)乙图中，车下的观察者观测到的结果是怎样的？提示：车下的观察者以地面为参考系，观察到闪光先到达后壁，后到达前壁。三、宇宙的起源和演化填一填(1)古希腊德谟克利特提出了。(2)德国哲学家提出了。(3)爱因斯坦广义相对论提出了模型。(4)1929年哈勃观测到遥远的恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，波长，即向方向偏移。(5)美国科学家伽莫夫提出了。“天体演化说”“星云假说”红光“大爆炸宇宙模型”“有限无界静态宇宙”变长(6)1998年科学家索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯通过观测遥远的超新星，发现宇宙正在，并且证明了的存在。(7)2016年，我国落成启用。(8)2017年8月17日，人们探测到来自双中子星合并产生的，标志着天文学进入了一个新时代。加速膨胀“中国天眼”引力波信号暗能量突破点狭义相对论的“两个效应”[学透用活]1．时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验证实。在相对论时空观中，静止时钟时间与运动时钟时间的关系：τ＝τ01－v2c2。由于v＜c，所以τ＞τ0，即运动的钟比静止的钟走得慢。这种效应被称为时间延缓。2．长度收缩效应：按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关。观测长度l与静止长度l0之间的关系：l＝l01－v2c2，由于v＜c，所以l＜l0。这种长度观测效应被称为长度收缩。[典例]一支静止时30m的火箭以3km/s的速度从观察者的身边飞过。(1)观察者测得火箭的长度应为多少？(2)火箭上的人测得火箭的长度应为多少？(3)如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为多少？(4)火箭内完好的手表走过了1min，地面上的人认为经过了多少时间？[思路点拨]解此题的关键是理解公式l＝l01－v2c2、τ＝τ01－v2c2中各符号的意义。[解析]火箭上的人相对火箭永远是静止的，无论火箭速度是多少，火箭上的人测得火箭长与静止时测得的火箭的长均是l0＝30m，而火箭外面的观察者看火箭时，有相对速度v，则它的测量值要缩短，即l＜l0，由l＝l01－v2c2，当v＝3×103m/s时，l＝30×1－10－10m≈30m，当v＝c2时，l≈26m。火箭上时间τ0＝1min，火箭的速度v＝3km/s，所以地面上观测到的时间τ＝τ01－v2c2＝11－3×1033×1082min≈1min。[答案](1)约30m(2)30m(3)约26m(4)约1min[规律方法]理解相对论效应的两点注意(1)时间延缓效应是一种观测效应，不是时钟走快了或走慢了，也不是被观测过程的节奏变化了。(2)长度收缩效应也是一种观测效应，不是物体本身发生了收缩。另外，在垂直于运动方向上不会发生收缩效应。[对点练清]1．对相对论的基本认识，下列说法正确的是()A．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量C．在高速运动的飞船中的钟走得比地球上的钟快D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了解析A爱因斯坦的质能方程阐明了质量和能量的相互联系，质量和能量是物体存在的两种形式，质量和能量是不同的概念，B错误；由相对论的基本原理可知，A正确，C、D错误。答案：A2．如果飞船以0.75c的速度从你身边飞过，飞船上的人看飞船上的一个灯亮了10min，你观测到这个灯亮的时间约为多少？解析：设观测灯亮的时间为τ则τ＝τ01－v2c2＝101－0.75cc2min≈15min。答案：约15min