2013年沪科物理选修3-4同步课件：第5章新时空观的确立

本章优化总结专题归纳整合高考真题演练本章优化总结知识网络构建章末综合检测知识网络构建专题归纳整合狭义相对论的基本原理1．爱因斯坦相对性原理：对于一切物理现象的描述来说，所有惯性系都是等效的．2．光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关．根据狭义相对论的基本原理，可以推出同时的相对性，即事件的同时性因参考系的选择而异．光速是速度的极限速度，在高速世界速度的合成应遵循相对论的速度合成定理．时间和空间不能脱离物质和物质的运动状态.时间变慢，空间的长度会变短，都与物质的运动速度有关．例1你站在一条长木杆的中央附近，并且看到木杆落在地上时是两头同时着地．所以，你认为这木杆是平着落到了地上．而此时飞飞小姐正以接近光速的速度从木杆前面掠过，她看到B端比A端先落到地，因而她认为木杆是向B端倾斜着落地的．她的看法是()A．对的B．错的C．她应感觉到木杆在向她运动D．她应感觉到木杆在远离她运动【精讲精析】当飞飞小姐掠过木杆时，在她看来，木杆不仅在下落，而且还在向她运动，正好像星体向你的飞船运动一样．因此，在你看来同时发生的两件事，在飞飞小姐看来首先在B端发生．【答案】AC长度收缩效应对于同一个物体，在相对于该物体运动的参考系中，沿运动方向测量它的长度，所得的结果要比在相对于该物体静止的参考系中测得的同方向长度短一些．这种情况叫做长度收缩效应，或尺缩效应．公式是l＝l01－v2c2.例2一张宣传画5m见方，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以2×108m/s的速度接近此宣传画，这张画由司机来观察将成为什么样子？【精讲精析】由正方形变成了长方形．垂直速度方向的长度不变，仍然是5m，运动方向上长度变短，即为：【答案】司机看到的画面由正方形变成了长方形．【方法总结】“运动的尺子变短”只是在运动方向上变短，其他方向不变．l＝l01－v2c2＝5×1－2232m＝3.7m所以，司机看到的画面尺寸为：5×3.7m2，即形状由正方形变成了长方形．时间延缓效应在一个惯性系中观测，另一个做匀速直线运动的惯性系中同地发生的两个事件的时间间隔变大．这称为时间延缓效应．即Δt＝Δt′1－vc2.在一个惯性系中观测，运动惯性系中的任何过程(包括物理、化学和生命过程)的节奏变慢．例3远方的一颗星以0.8c的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？【精讲精析】时间进程要是能感觉出来必须是两个参考系的相对速度很大，大到能和光速相比．由Δt＝Δt′1－vc2得到Δt′＝Δt1－vc2＝3昼夜．【答案】3昼夜【方法总结】本题考查的是时间间隔的相对性，时间进程对于同一个参考系(惯性系)是没有变化的，而从另一个参考系来看这个参考系才会有变化．质速关系在某个惯性系中，观测某个物体，它的质量观测值会随着它的运动速度的增大而增大．并随着速度趋向于光速时而无限增大．公式m＝m01－v2c2.1901年，德国科学家考夫曼在确定β射线比荷的实验中首先观测到，电子比荷与速度有关，他假设电子的电荷不随速度而改变，则它的质量就要随速度的增加而增加．实验结果如图5－1所示．请用质速关系公式，计算电子在0.6c和0.8c下的质量，并和实验数据对比．例4图5－1【精讲精析】设电子静止质量为m0，电子在0.6c时的质量为m1＝m01－v2c2＝m01－0.6c2c2＝1.25m0.电子在0.8c时的质量为m2＝m01－v2c2＝m01－0.8c2c2＝1.7m0.和试验数据比较，吻合得很好．【答案】1.25m01.7m0和实验数据比较，吻合得很好质能关系爱因斯坦的相对论指出，物体的质量和能量之间存在着密切的关系，它们之间的关系是E＝mc2，这就是著名的爱因斯坦质能方程，这个方程告诉我们，物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系，物体的能量增大了，质量也增大；能量减小，质量也减小．一千克铀235完全裂变释放出约7.25×1013J能量，裂变损失了多少千克的铀235？它相当于燃烧多少吨煤释放的能量？(煤的燃烧值为2.9×107J/kg)例5【精讲精析】一千克铀完全裂变损失的质量m＝Ec2＝7.25×10133×1082kg＝8.06×10－4kg；相当于燃烧煤的质量M＝7.25×10132.9×107kg＝2.5×106kg.【答案】8.06×10－4kg2.5×106kg【方法总结】物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系．高考真题演练1．(2009年高考江苏单科卷)如图5－2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，则壮壮观测到该光束的传播速度为()图5－2A．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c解析：选D.根据光速不变原理，壮壮观测到的光速传播速度仍为c，D项正确．2．(2011年高考江苏单科卷)如图5－3所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()图5－3A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断解析：选C.因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮，答案为C.3．(2010年高考北京卷)属于狭义相对论基本假设的是()A．真空中光速不变B．时间具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比解析：选A.狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同．