5.2 相对论中的神奇时空 学案-福建省莆田第二中学2020-2021学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修2

第2节　相对论中的神奇时空 学案 学习目标： 1．初步了解相对论时空观的内涵． 2．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． 基础知识： 1.时间延缓效应 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的。 (2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系速度越大，惯性系中的时间进程进行得越慢。非但如此，惯性系中的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了。 (3)相对时间间隔公式：设τ0表示静止的惯性系中观测的时间间隔，τ表示以v高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：τ＝。 2.长度收缩效应 (1)经典的时空观：一把刻度尺的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。 (2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一把沿自身长度方向运动的刻度尺，其长度总比静止长度小。 (3)相对长度公式：设相对于刻度尺静止的观察者认为刻度尺的长度为l0，沿它长度方向与刻度尺有相对运动的人认为刻度尺的长度为l，刻度尺相对于观察者的速度为v，则l、l0、v的关系是：l＝l0。 3.质能关系 (1)经典力学：在经典力学中，质量和能量是两个独立的概念。 (2)质能关系式：E＝mc2，其中m是物体的质量，E是它具有的能量。 (3)狭义相对论：物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系是：m＝。 4.时空弯曲 爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。天体之间的引力作用是时空弯曲的结果。 重难点理解： 一．两个效应 (1)时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些．这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验证实．在相对论时空观中，运动时钟时间与静止时钟时间的关系：τ＝.由于v＜c，所以τ＞τ0，即运动的钟比静止的钟走得慢．这种效应被称为时间延缓． (2)长度收缩效应：按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关．观测长度l与静止长度l0之间的关系：l＝l0，由于v＜c，所以l＜l0.这种长度观测效应被称为长度收缩． 注意：(1)时间延缓效应是一种观测效应，不是时钟走快了或走慢了，也不是被观测过程的节奏变化