2021年高中物理（新教材）鲁科版必修第二册课件：第5章　第1节　初识相对论　第2节　相对论中的神奇时空 第3节　探索宇宙的奥秘.pptx

1、第1节 初识相对论 第2节 相对论中的神奇时空 第3节 探索宇宙的奥秘 学习目标 思维导图 1.了解相对性 原理和光速不 变原理。 2.初步了解相 对论时空观的 内涵。 3.能运用与相 对论相关的初 步知识解释高 速世界的一些 特点。 4.了解宇宙的 起源与演化。 必备知识 自我检测 一、初识相对论 1.牛顿力学的局限性 1887年的迈克耳孙莫雷实验等表明:在不同的参考系中,光的传 播速度都一样。这与牛顿力学的结论是矛盾的。 2.相对论的两个基本假设 爱因斯坦彻底放弃绝对时间的概念,提出两个基本假设: (1)相对性原理:所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的 形式。 (2)光速不变原理:在

2、一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c 都一样(c=3108 m/s)。 必备知识 自我检测 二、相对论中的神奇时空 1.时间延缓效应 如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运 动的物体完成某个动作的时间间隔为0,地面上的人观察到该物体 在同一地点完成这个动作的时间间隔为 ,则 = 0 1-( ) 2,由于 1-（ ） 20,此种情况称为时间延缓效应。 2.长度收缩效应 如果与杆相对静止的人测得杆长是 l0,沿着杆的方向,以 v 相对杆运 动的人测得杆长是 l,则 l=l0 1-( ) 2,由于 1- （ ） 21,所以总有 l0。 理解:(1)对同一物理过程经历的时间,在不

3、同的惯性系中观测,测得 的结果不同,时间延缓效应是一种观测效应,不是被测过程的节奏 变化了。(2)惯性系速度越大,地面上的人观测到的时间越长。(3) 由于运动是相对的,故在某一参考系中观测另一参考系中发生的物 理事件,总会感到时间延缓效应。即惯性系中的人观测地面上发生 的事件的时间也延缓。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 (2)长度收缩效应:如果与杆相对静止的人测得杆长是l0,沿着杆的方 向,以v相对杆运动的人测得杆长是l,有l=l0 ,总有l0时,物体的质量mm0,即物体的质量改变 了,故这种情况下,经典力学不再适用 C.当物体以较小速度运动时,质量变化十分微弱,经典力学理论仍然 适用,只

4、有当物体以接近光速运动时,质量变化才明显,故经典力学 适用于低速运动,而不适用于高速运动 D.通常由于物体的运动速度太小,质量的变化引不起我们的感觉, 故在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化 问题一 问题二 问题三 随堂检测 解析:公式中m0是静止质量,m是物体以速度v运动时的质量,选项A 正确;由公式知,只有当v的大小与光速具有可比性时,物体的质量变 化才明显,一般情况下物体的质量变化十分微小,故经典力学仍然 适用,选项B错误,选项C、D正确。 答案:ACD 问题一 问题二 问题三 随堂检测 探索宇宙的奥秘探索宇宙的奥秘 情境导引 1929年,美国天文学家哈勃在研究星系的光谱后提出了

5、哈勃定律。 认定所有的星系都在彼此远离,宇宙处于普遍膨胀之中。遥远恒星 发出的光线在地球上会发生什么现象? 要点提示:会发生弯曲。 知识点拨 光线在引力场中弯曲:根据广义相对论,物质的引力会使光线弯曲, 引力场越强,弯曲越厉害。通常物体的引力场都太弱,但太阳引力 场却能引起光线比较明显的弯曲。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 实例引导 例3(多选)下面说法符合广义相对论的是( ) A.物质的引力使光线弯曲 B.光线沿直线传播,与引力场无关 C.强引力场附近的光线弯曲一定是光发生了折射现象 D.恒星发出的光在太阳引力场作用下会发生弯曲 解析:观测结果证实了引力使光线弯曲的结论,选项A正确,B错

6、误; 引力场吸引力使光线弯曲,选项C错误;恒星发出的光在太阳引力场 作用下会发生弯曲,选项D正确。 答案:AD 问题一 问题二 问题三 随堂检测 1.如图所示,强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方 的壮壮,壮壮的飞行速度为0.5c。强强向壮壮发出一束光进行联络, 则壮壮观测到该光速的传播速度大小为( ) A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1.0c 解析:根据光速不变原理,在任何参照系中测量的光速大小都是c,D 正确。 答案:D 问题一 问题二 问题三 随堂检测 2.关于经典力学和相对论,下列说法正确的是( ) A.经典力学和相对论是各自独立的学说,互不相容 B.相

7、对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的 C.相对论和经典力学是两种不同的学说,二者没有联系 D.经典力学包含在相对论之中,经典力学是相对论的特例 解析:相对论的建立并没有否定经典力学,而是认为经典力学是相 对论在一定条件下的特殊情形,选项A、B、C错误,D正确。 答案:D 问题一 问题二 问题三 随堂检测 3.(多选)下列说法正确的是( ) A.由时间延缓效应可知,固有时间最短 B.由长度收缩效应可知,静止长度最长 C.由质速关系可知,静止质量最大 D.物体质量减少时会释放出一定的能量 解析:由狭义相对论的时间延缓效应可知固有时间最短,选项A正确; 由长度收缩效应可知静止长度最长,选项B正确;由质速关系可知静 止质量最小,选项C错误;由质能关系可知,选项D正确。 答案:ABD 问题一 问题二 问题三 随堂检测 4.如果真空中的光速为c=3108 m/s,当一个物体的运动速度为 v1=2.4108 m/s时,质量为3 kg,当它的速度为v2=1.8108 m/s时,质 量为多少? 解析:根据 m= 0 1-2 2 得 1 2 = 1-22 2 1-12 2 , 代入数据得m2=2.25 kg。 答案:2.25 kg