6.1 高速世界 学案 (4)

6.1 高速世界 学案4 【学习目标】 1．初步了解狭义相对论的基本假设和其它两个结论； 2．认识时间和空间的相对性； 【学习重点】 两个基本假设；时间、长度的相对性；质速关系，质能关系 【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 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，测量到的真空中的 都一样。 说明：本章所述的低速与高速都是相对 而言，速度远低于 的称为低速，一般的宏观物体的速度都远低于光速，因此，通常说宏观世界是低速世界，而微观粒子（如电子、质一、中子、宇宙高能射线等），其运动的速度常能接近于光速，这样的速度称之为高速，因此微观世界往往与高速世界相联系。 二、时间延缓效应 一个十分重要的相对论效应，即在某个惯性参考系中测得的A、B两件事件（如两道闪电）的时间间隔△t′，与在另一个相对于该惯性参考系的速度v，运动的惯性参考系中测得的A、B两个事件的时间间隔△t不等，且满足： △t= 三、长度收缩效应 即物体沿运动方向的长度比静止时长度发生因子的收缩。可以表达为 。 其中l为相对物体静止的观测者测得的该物体的长度，则是该物体沿其长度方向以速度v运动时，静止的观测者测得的该物体的长度。 注意：不管是时间延缓效应还是长度收缩效应，都是相对论时空观的体现，是一种观测效应，时间延缓并不是时钟走得快或慢（或者被观测过程的节奏变化了），长度收缩也不是物体本身发生了收缩。 四、质速关系 质速关系可表达为m=，其中m0是物体在其自身静止的参考系中测得的质量，m称为 ，上式表明，相对论质量是随v的增大而增大，当v→c时，m→ 时，可见量度惯性的是相对论质量而非静止质量，对静止质量不为零的物体，是不能加速到光速的，即用任何动力学的方法都不能获得超光速的运动，光速是物体运动的极限速度，对于静质量，应明确，在自然界所有基本粒子中，唯独光子的静质量为零。 式中的m是物质的质量，c为真空中的光速，E是物质的能量。 五、质能关系 表明，质量和能量是物质 的属性，当物质的质量减少或增大时，必然会伴随着能量的释放或吸收，且有下列关系 由于c2为巨大的物理常数，因此当某物体受到高能量的作用而发生静质量的转化△m0时，会释放出巨大的能量 △E0=△m0c2。原子弹等核武器及当今遍布世界各地的核电站，都是这一物理规律的应用。 （一切惯性参考系、光速C、光速、光速， 相对论质量，不可分离、△E=△mc2） 【典型例题】 ［例1］ 设地球是一惯性系，并设北京和上海直线相距1000千米，且从这两地同时开出一列列车（这里的“同时”是指对地球这一惯性而言）。现有一艘飞船沿北京到上海方向直线飞行，速度恒为v0 。若：（1）v=9千米/秒；（2）v=0.999c（c=3×108千米/秒，这样高速的飞船，目前仍是一种幻想），问飞船中的观察者测得两列车开出时刻的间隔多少？ ［解析］ 取S系与地面相连结，坐标原点取在北京，以北京到上海的方向为x轴的正方向；取S′系与飞船相连结。现已知△x=x上海-x北京=106米，△t=0。 （1）v=9千米/秒，这时v与c之比值 。 由式 因≥1，≈1，于是 △t′=t′上海- t′北京≈———��x=—=—10-7秒， t′上海= t′北京-10-7秒。这就是说，飞船上的观察者将发现上海开出列车的时间比北京早10-7秒（0.1微秒）。 （2）v=0.999c，这时v与c之比值 。 因 =≈22.3， 所以 ≈-22.3×≈-7.4×10-2秒 即飞船中的观察者发现上海的列车比北京的早7.4×10-2秒（74毫秒）开出。 【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 ... ...