相对论中的神奇时空 【学习目标】 一、知识与技能 1．理解静电力做功与路径无关、电势能的概念。 2．了解广义相对论的时空弯曲现象。 二、过程与方法 1．培养学生严密的逻辑思维习惯，激发学生进一步学习的愿望。 2．学习正确的认识方法：实践是检验真理的唯一方法。 三、情感、态度与价值观 通过对本节知识的分析，培养学生的逻辑思维能力，激发学生探索科学的精神。 【学习重点】 1．知道时间间隔的相对性。 2．知道长度的相对性。 3．知道光线在引力场中的弯曲及其验证。 【学习难点】 光线在引力场中的弯曲及其验证。 【学习过程】 一、时间延缓效应 分析计算以下问题： 对于车厢内的人：?t'=_____ 对于车厢外的人：?t=_____ 所以得：?t=_____ 1．在相对论时空观中，高速运动的时钟比静止的时钟走得慢。 2．关系式：?t=_____，?t为_____时间，?t'为_____时间。 （二）长度收缩效应 这是一个静止的尺子 这是同一个尺子，快速地从左向右移动 l=_____ 1．在相对于物体运动着的惯性系中沿运动方向测出的物体长度，比在相对静止的惯性系中测出的长度短。 2．关系式：l=_____，l为_____长度，l'为_____长度。 （三）质能关系 1．质能关系： 按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E＝_____，称为质能关系式。物质的质量减少或增加时，必然伴随着_____的减少或增加，其关系为ΔE＝_____。 2．质速关系： 当物体在所处的惯性参考系静止时，质量m0最小，称为静止质量。当物体相对于某惯性系以速度v运动时，在此惯性系内观测它的质量m＝_____，物体的质量随_____的增大而_____。在低速运动中，质量的变化可以_____。 （四）其妙的时空弯曲 爱因斯坦的理想实验： （1）科学预言：_____能使光线弯曲，_____也能使光线弯曲。在宇宙中，物质_____大、_____高的区域时空弯曲大；物质_____的地方，时空弯曲小。 （2）实验验证：恒星的光线在太阳附近弯曲的数值，与广义相对论的理论预言相当吻合。 （3）进一步推理：光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲。引力不但影响_____，而且影响_____，即时空弯曲。 思考判断 （1）物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。（ ） （2）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。（ ） （3）时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。（ ） 答案：（1）× （2）√ （3）× 【巩固练习】 1．在一个飞船上测得船的长度为100m，高度为10m，当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？ 答案：10m 80m 2．如果真空中的光速为c＝3×108m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108m/s时，质量为3kg，当它的速度为v2＝1.8×108m/s时，质量为多少？ 答案：2.25kg 3．太阳内部不停地发生着剧烈的热核反应，在不断地辐射能量。因而其质量也不断地减少。若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J，试计算太阳在1s内失去的质量为_____kg。 答案：4.4×109 4．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为（ ） A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c 答案：D 5．惯性系S中有一边长为l的正方形（如下图所示），从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是（ ） 答案：C 6．如图所示：a、b、c为三个完全相同的时钟，a放在水平地面上，b、c分别放在以速度vb、vc向同一方向飞行的两枚火箭上，且vb
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