資源簡介

(共21張PPT)
2．相對論時空觀簡介
3．宇宙的起源和演化
課 標 要 求
1.知道狹義相對論中運動長度l和運動時鐘及質量隨運動速度的變化規(guī)律．
2．知道愛因斯坦質能關系，知道經(jīng)典力學是相對論力學在低速情況下的近似．
3．了解宇宙的起源與演化．
思 維 導 圖
收縮
變慢
變大
mc2　
光速
光速c
二、廣義相對論點滴
(1)當光線通過強引力場時，光線在引力場中會發(fā)生________．
(2)廣義相對論是________與________相結合的典范．在廣義相對論中，時間、_______、_______與________是緊密地聯(lián)系在一起的．
三、宇宙起源和演化
1．宇宙的起源：20世紀40年代末，物理學家伽莫夫把________與________理論結合起來，提出___________假說．
2．宇宙的未來：宇宙會永遠膨脹下去嗎？這個問題現(xiàn)在還沒有一個肯定的答案．
偏折
數(shù)學
物理學
空間
物質
運動
宇宙膨脹
粒子反應
宇宙大爆炸
(4)質能方程：一定的質量和一定的能量對應．
公式：E＝mc2，式中m是物體的質量，E是物體具有的能量．
意義：
①質量為m的物體，對應(不能說“具有”)的能量為mc2.
②當質量減少(增加)Δm時，就要釋放出(吸收)ΔE＝Δm·c2的能量．
愛因斯坦質能方程從理論上預言了核能釋放及原子能利用和原子彈研制的可能性．
(5)任何物體的速度不能超過光速c.超過光速將導致物體的質量為虛數(shù)，這是不可能的，因此光速c是一切速度的極限．
在一般情況下，相對論效應極其微小，當物體運動速度遠小于光速時，相對論效應消失，其結果還原為經(jīng)典力學，因此經(jīng)典力學可以認為是相對論力學在低速情況下的近似．
2．廣義相對論點滴
(1)在狹義相對論的基礎上，1916年愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對論，得出了廣義相對論的幾個結論：
①光線彎曲：物質的引力使光線彎曲(或稱：光線通過強引力場時會發(fā)生彎曲)．
②時空彎曲：在引力場中時空會發(fā)生彎曲．
③引力波：像電磁場存在著電磁波一樣，引力場也存在著引力波．
(2)廣義相對論是數(shù)學與物理學相結合的典范．在廣義相對論中，時間、空間、物質與運動是緊密地聯(lián)系在一起的．相對論這一深刻的科學觀念，對20世紀以來自然科學的思維方式產生了極為深刻的影響．
典例示范
例 在一飛船上測得飛船的長度為100 m，高度為10 m，當飛船以0.60c的速度從你身邊經(jīng)過時，按你的測量，飛船有多高、多長？

答案：10 m　80 m
素養(yǎng)訓練1　
(1)冥王星繞太陽公轉的線速度為4.83×103 m/s，其靜止質量為運動質量的百分之幾？
(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倍？
答案：99.9%　
答案：0.6
素養(yǎng)訓練2　
人馬星座α星是離太陽系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m，設有一宇宙飛船自地球往返于人馬星座α星之間，設宇宙飛船的速度為0.999c，按地球上的時鐘計算，往返一次需多長時間？若以飛船上的時鐘計算，往返一次的時間又為多少？(取三位有效數(shù)字)．
答案：2.87×108 s　1.28×107 s

1．與相對論有關的問題，下列說法正確的是(　　)
A．火箭內有一時鐘，當火箭高速運動后，此火箭內觀察者發(fā)現(xiàn)時鐘變慢了
B．力學規(guī)律在任何慣性參考系中都是相同的
C．一根沿自身長度方向運動的桿，其長度總比靜止時的長度要長些
D．高速運動物體的質量會變小
答案：B
解析：當火箭高速運動后，火箭內觀察者相對于時鐘的速度仍然是0，所以發(fā)現(xiàn)時鐘的快慢不變，A錯誤；力學規(guī)律在任何慣性參考系中都是相同的，B正確；根據(jù)尺縮效應，沿尺子長度方向運動的尺子長度比靜止的尺子長度短，當速度接近光速時，尺子縮成一個點，C錯誤；高速運動物體的質量是會變大的，所以牛頓運動定律不適合高速運動的物體，D錯誤．
2．下列說法中正確的是(　　)
A．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變
B．在地面上的人看來，以接近光速的速度運動的飛船中的時鐘會變快；但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準確的
C．在地面上的人看來，以接近光速的速度運動的飛船在運動方向上會變窄；飛船中的宇航員感覺到地面上的人看起來比飛船中的人胖一些
D．當物體運動的速度v遠小于c時，“長度收縮”和“時間延緩”效應可忽略不計
答案：D
3．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J，根據(jù)愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近(　　)
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
答案：D2.相對論時空觀簡介
3．宇宙的起源和演化
課 標 要 求
1.知道狹義相對論中運動長度l和運動時鐘及質量隨運動速度的變化規(guī)律．
2．知道愛因斯坦質能關系，知道經(jīng)典力學是相對論力學在低速情況下的近似．
3．了解宇宙的起源與演化．
思 維 導 圖
必備知識·自主學習——突出基礎性　素養(yǎng)夯基
一、狹義相對論中主要的效應
(1)運動長度l會________，即l＝l0 .
(2)運動時鐘會________，即τ＝.
(3)物體質量m隨速度v的增大而________，其關系為m＝.
(4)質量m和能量E之間存在著一個相互聯(lián)系的關系式：E＝________，稱為質能關系，式中c是________．
(5)任何物體的速度不能超過________．
二、廣義相對論點滴
(1)當光線通過強引力場時，光線在引力場中會發(fā)生________．
(2)廣義相對論是________與________相結合的典范．在廣義相對論中，時間、____________、________與________是緊密地聯(lián)系在一起的．
三、宇宙起源和演化
1．宇宙的起源：20世紀40年代末，物理學家伽莫夫把________與________理論結合起來，提出________假說．
2．宇宙的未來：宇宙會永遠膨脹下去嗎？這個問題現(xiàn)在還沒有一個肯定的答案．
關鍵能力·合作探究——突出綜合性　素養(yǎng)形成
探究點　狹義相對論和廣義相對論
歸納總結
1.狹義相對論的主要效應
1905年，愛因斯坦針對經(jīng)典力學的絕對時空觀在處理物體做高速運動時所遇到的困難，創(chuàng)立了狹義相對論．在狹義相對論中，主要的效應有：
(1)長度的相對性：相對于觀察者運動的物體，在其運動方向的長度，總是小于物體靜止時的長度．
長度收縮公式：l＝l0.
式中l(wèi)0是物體相對觀察者靜止時測得的長度，l是物體相對觀察者運動時觀察者測得的沿運動方向的長度．u表示物體與觀察者之間的相對速度．
(2)時間間隔的相對性：指某兩個事件在不同的參考系中觀察，它們發(fā)生的時間間隔是不同的．
公式表示：τ＝.
式中，τ0表示與物體相對靜止的觀察者測得的時間間隔，τ表示與物體相對運動的觀察者測得的時間間隔．u表示觀察者與物體之間的相對速度．
意義：運動時鐘變慢(或稱時間膨脹)，或者說運動的時鐘顯示的時間延緩了。
(3)相對論質量：物體的質量m隨速度v的增大而變大．
公式：m＝.
式中，m表示物體以速度v運動時的質量(即動質量)，m0表示物體靜止時的質量(即靜質量)．
意義：物體運動時的質量m總要大于靜止時的質量m0.
(4)質能方程：一定的質量和一定的能量對應．
公式：E＝mc2，式中m是物體的質量，E是物體具有的能量．
意義：①質量為m的物體，對應(不能說“具有”)的能量為mc2.
②當質量減少(增加)Δm時，就要釋放出(吸收)ΔE＝Δm·c2的能量．
愛因斯坦質能方程從理論上預言了核能釋放及原子能利用和原子彈研制的可能性．
(5)任何物體的速度不能超過光速c.超過光速將導致物體的質量為虛數(shù)，這是不可能的，因此光速c是一切速度的極限．
在一般情況下，相對論效應極其微小，當物體運動速度遠小于光速時，相對論效應消失，其結果還原為經(jīng)典力學，因此經(jīng)典力學可以認為是相對論力學在低速情況下的近似．
2．廣義相對論點滴
(1)在狹義相對論的基礎上，1916年愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對論，得出了廣義相對論的幾個結論：
①光線彎曲：物質的引力使光線彎曲(或稱：光線通過強引力場時會發(fā)生彎曲)．
②時空彎曲：在引力場中時空會發(fā)生彎曲．
③引力波：像電磁場存在著電磁波一樣，引力場也存在著引力波．
(2)廣義相對論是數(shù)學與物理學相結合的典范．在廣義相對論中，時間、空間、物質與運動是緊密地聯(lián)系在一起的．相對論這一深刻的科學觀念，對20世紀以來自然科學的思維方式產生了極為深刻的影響．
　
典例示范
例 在一飛船上測得飛船的長度為100 m，高度為10 m，當飛船以0.60c的速度從你身邊經(jīng)過時，按你的測量，飛船有多高、多長？
素養(yǎng)訓練1　
(1)冥王星繞太陽公轉的線速度為4.83×103 m/s，其靜止質量為運動質量的百分之幾？
(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倍？
素養(yǎng)訓練2　人馬星座α星是離太陽系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m，設有一宇宙飛船自地球往返于人馬星座α星之間，設宇宙飛船的速度為0.999c，按地球上的時鐘計算，往返一次需多長時間？若以飛船上的時鐘計算，往返一次的時間又為多少？(取三位有效數(shù)字)．
隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性　素養(yǎng)達標　
1．與相對論有關的問題，下列說法正確的是(　　)
A．火箭內有一時鐘，當火箭高速運動后，此火箭內觀察者發(fā)現(xiàn)時鐘變慢了
B．力學規(guī)律在任何慣性參考系中都是相同的
C．一根沿自身長度方向運動的桿，其長度總比靜止時的長度要長些
D．高速運動物體的質量會變小
2．下列說法中正確的是(　　)
A．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變
B．在地面上的人看來，以接近光速的速度運動的飛船中的時鐘會變快；但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準確的
C．在地面上的人看來，以接近光速的速度運動的飛船在運動方向上會變窄；飛船中的宇航員感覺到地面上的人看起來比飛船中的人胖一些
D．當物體運動的速度v遠小于c時，“長度收縮”和“時間延緩”效應可忽略不計
3．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J，根據(jù)愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近(　　)
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
2．相對論時空觀簡介
3．宇宙的起源和演化
必備知識·自主學習
一、
(1)收縮　(2)變慢　(3)變大　(4)mc2　光速　(5)光速c
二、
(1)偏折　(2)數(shù)學　物理學　空間　物質　運動
三、
1．宇宙膨脹　粒子反應　宇宙大爆炸
關鍵能力·合作探究
探究點
【典例示范】
例　解析：因為長度收縮只發(fā)生在運動的方向上，在運動垂直的方向上沒有這種效應，故測得的飛船的高度仍為原來的高度10 m；設飛船原長為l0，觀測到飛船的長度為l，則根據(jù)“長度收縮”效應有l(wèi)＝l0＝100× m＝80 m，所以觀測到飛船的高度和長度分別為10 m、80 m.
答案：10 m　80 m
素養(yǎng)訓練1　解析：(1)設冥王星的靜止質量為m0，運動質量為m，則m＝
得＝＝0.999 9，其靜止質量為運動質量的99.9%.
(2)設星際火箭的靜止質量為m′0，
運動質量為m′，則m′＝，
得＝ ＝0.6(倍)．
答案：(1)99.9%　(2)0.6
素養(yǎng)訓練2　解析：若以地球上的時鐘計算，
Δt1＝＝ s＝2.87×108 s.
若以飛船上時鐘計算τ＝，
有τ0＝τ＝2.87×108 s×＝1.28×107 s.
答案：2.87×108 s　1.28×107 s
隨堂演練·自主檢測
1．解析：當火箭高速運動后，火箭內觀察者相對于時鐘的速度仍然是0，所以發(fā)現(xiàn)時鐘的快慢不變，A錯誤；力學規(guī)律在任何慣性參考系中都是相同的，B正確；根據(jù)尺縮效應，沿尺子長度方向運動的尺子長度比靜止的尺子長度短，當速度接近光速時，尺子縮成一個點，C錯誤；高速運動物體的質量是會變大的，所以牛頓運動定律不適合高速運動的物體，D錯誤．
答案：B
2．解析：在不同的參考系中，時間和空間會發(fā)生變化，在高速運動的參考系中，時間和空間會發(fā)生時間延緩效應和長度收縮效應，故A錯誤．在地面上看，飛船中的時鐘會變慢，故B錯誤．由l＝l0可知兩處的人都感覺l答案：D
3．解析：根據(jù)愛因斯坦質能方程得ΔE＝Δmc2，
得Δm＝＝ kg＝4.4×109 kg，故D正確．
答案：D

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