第5章 第1节—第3节-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（鲁科版）

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 课标解读 1.了解相对论两个基本假设。 2.了解相对论中的“两个效应”,并会进行计算。 3.了解相对论中的质能关系,并能进行计算。 4.了解广义相对论中的时空弯曲 1.通过对相对论基本假设的学习,体会物理学理论的形成过程。 2.通过狭义相对论的“两个效应”和“一个关系”的学习,体会牛顿力学的局限性。 3.通过对广义相对论的学习,尝试建立初步的相对论时空观 一、初识相对论 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:在一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c都一样(c=3×108 m/s)。 基于这两条基本原理,爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学研究推进到高速领域。 二、相对论中的神奇时空 1.时间延缓效应:运动的钟比静止的钟走得慢。 τ= 。 2.长度收缩效应:l=l0。 3.质能关系:E=mc2。 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。 1.思考判断 (1)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。(　√　) (2)在相对论时空观中,运动物体的长度跟物体的运动状态有关。(　√　) (3)由公式E=mc2可知,质量和能量可以相互转化。(　×　) (4)时间延缓效应表明在高速运动时,时钟走慢了。(　×　) 2.思维探究 (1)一架飞机在上海杨浦大桥上空匀速飞过,飞机飞行方向与大桥平行,问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? 答案:变短了。 (2)相对论、量子力学的建立是否说明牛顿力学是错误的? 答案:否。相对论与量子力学的出现,说明人类认识自然界更加深入和广泛,而不表示牛顿力学就已失去了意义。相对论与量子力学使人们认识到牛顿力学有自己的适用范围。 要点一　相对论“两个基本假设”和“两个效应”　的理解 　(1)时间延缓效应是不是指时钟走得慢了,长度收缩效应是不是指物体长度变短了? (2)高速行驶的列车中的观察者认为静止在地面上的观察者是静止的吗?谁用的时钟变慢了? 答案:(1)不是。时间延缓效应和长度收缩效应说明在不同惯性参考系中观测时,测得的结果不同,是相对论时空观的体现,不是时钟真的变慢了或物体长度真的变短了。 (2)列车中的观察者会看到静止在地面上的观察者高速离他而去,双方都得到对方时钟变慢的结论。 1.两个基本假设 (1)相对性原理表明在某个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律,在其他一切惯性参考系中对该系统该过程作出描述的物理定律皆保持形式不变。 (2)光速不变原理表明,在一切惯性参考系中观测真空中传播的光,其传播速度均为c,与光源或观察者的运动无关。 2.经典时空观与相对论时空观的比较 项目 经典时空观 相对论时空观 运动情况 同一运动对不同参考系描述结果不同,即速度不同 光在一切惯性参考系中传向各个方向的速度不变 时间与空 间的关系 时间均匀流逝,空间不变化,与运动情况及外部条件无关 时间、空间都随运动情况而改变 几个结论 ①同时的绝对性。 ②时间间隔的绝对性。 ③空间距离的绝对性。 ④物体的质量恒定不变 ①同时的相对性。 ②运动的时钟变慢。 ③运动的尺子缩短。 ④物体的质量随速度的增大而增大 3.两个效应 项目 与物体相对静止的参考系中观察 与物体相对运动的参考系中观察 时间延缓 效应 两个事件发生的时间间隔为τ0 两事件发生的时间间隔变大 τ= 长度收缩 效应 杆的长度为l0 若参考系沿杆的方向运动,观测到的杆的长度减小 l=l0 4.对“两个效应”的理解 (1)时间间隔、长度的变化,都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应,它与所选取的参考系有关,物质本身的结构并没有变化。 (2)两个事件的时间间隔和物体的长度,必须与所选取的参考系相联系,如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸,是没有任何意义的。 [例1] (2022·福建师大二附中月考)在高速世界里,时间和空间都是相对的,都会随惯性参考系的选择不同而不同。爱因斯坦基于相对性原理和光速不变原理,建立了狭义相对论,下面正确的是(　C　) A.相对性原理是指,物理规律在一切参考系中都具有相同的形式 B.光速不变原理是指,在一切参考系中,测量到的真空中的光速c都一样 C.光速不变原理是指,在一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c都一样 D.上面所述均不正确 解析:根据相对性原理,在所有惯性参考系中,而不是参考系中,物理规律有相同的表达形式,即一切物理规律都是相同的,故A错误;光速不变原理,是指在一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c都一样,故B错误,C正确。 [针对训练1] 你现在正在完成 100