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课件网) 第2节 相对论中的神奇时空 第3节 探索宇宙的奥秘 一、时间延缓效应 任务驱动 “天上一天,地上一年”可信吗 提示:可信,人坐在接近光速的列车中度过一天,在地球上的人度过一年,在理论上是可以的。 1.时间延缓效应是时空的一种属性:在运动参考系中的 时间节奏变_____了。一切物理过程、化学过程、乃至 观察者自己的生命节奏都变慢了。 2.运动的相对性:在某个参考系中,同一地点先后发生 了两个事件,用固定在该参考系中的钟来测定两事件的 时间间隔称为_____。日常生活中的时间延缓效应 可以忽略,在运动速度接近光速时,则变得特别重要。 缓慢 时间延缓 3.时间间隔的相对性:运动的列车上的乘客测得的列车 上的时间为τ0,地面观察者测得的时间为τ,则两者之 间关系为τ=_____。 二、长度收缩效应 1.经典物理学认为,一根杆的长度不会因为观察者是否 与杆做相对运动而不同,但在相对论时空观中,杆的长 度将发生变化。如果与杆相对静止的人认为杆长是l0, 与杆相对运动的人认为杆长是l,则两者之间的关系 为:l=_____。 l0 2.一根沿自身长度方向运动的杆,其长度总比其静止时 的长度要___,这种长度观测效应被称为_____。 短 长度收缩 三、质能关系和质速关系 1.爱因斯坦质能方程为E=mc2,物质的质量减少或增加 时,必然伴随着_____的减少或增加,当物体的质量发生 变化时,其质能关系可写成ΔE=_____。 能量 Δmc2 2.质速关系:物体以速度v运动时的质量m与静止时质量 m0之间的关系式为m=_____。物体的质量随速度的增 大而_____。在低速运动中,质量的变化可以_____。 增大 忽略不计 四、奇妙的时空弯曲 1.爱因斯坦的广义相对论认为,由于物质的存在,空间 和时间会发生_____。 2.天体之间的_____作用是时空弯曲的结果。_____ 是广义相对论的时空弯曲理论在弱引力场的近似表述。 3.广义相对论的实验验证是光线在引力场中_____。 弯曲 引力 万有引力 弯曲 五、宇宙探索的奥秘 1.1929年美国天文学家哈勃的观测说明星系都在互相远离。哈勃定律说明了距离地球越远的星系运动速度越快。 2.关于宇宙的起源和演化,下列说法中正确的是_____。 ①大爆炸宇宙模型认为宇宙从一个温度无限高、物质 密度无限大的“奇点”爆炸而成。 ②爱因斯坦利用广义相对论预言:如果宇宙物质平均密 度大于某个临界值,星系间的引力将最终使膨胀停止并 使宇宙开始重新收缩。 ①②③ ③爱因斯坦利用广义相对论预言:如果宇宙物质的平均密度小于该临界值,宇宙将会继续膨胀。 ④暗物质的存在理论上没有认同。 主题一 时间和空间的相对性 【生活情境】 一架航天飞机在旧金山湾上的金门大桥上空匀速飞过,飞机飞行方向与大桥平行。 【问题探究】 (1)飞机上的乘客看到的大桥长度与静止观察时相比有什么变化 提示:变短了。 (2)飞机上的乘客做了一个实验用了30分钟,站在桥头的人测得该实验花费的时间有什么变化 提示:时间变长了。 (3)运动的时钟变慢是不是因为时钟的构造因运动而发生了改变 提示:运动的时钟变慢是在两个不同的惯性系中进行时间比较的一种效应,不是因为时钟的结构或精度因运动而发生了改变。 (4)尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗 提示:尺子沿其长度方向运动时长度缩短,在垂直于长度方向运动长度不变。 (5)经典力学的时空观与相对论的时空观有什么不同 提示:在同时性、空间距离和时间间隔方面都不同。 【结论生成】 1.“动尺变短”(物理观念) 狭义相对论中的长度公式:l=l0 中,l0是相对于杆 静止的观察者测出的杆的长度,而l可以认为是杆沿自 身的长度方向以速度v运动时,静止的观察者测量的长 度。还可以认为是杆不动,而观察者沿杆的长度方向的 反方向以速度v运动时测出的杆的长度。 2.“动 ... ...
