2022年高中物理《第六章 相對論》學案 教科版選修3-4

2022年高中物理第六章 相對論學案 教科版選修3-4一、時間和空間的相對性1與運動的慣性系相對靜止的人認為兩個事件時間間隔為0，地面觀察者測得的時間間隔為，則兩者之間關系為.2(1)如果與桿相對靜止的人認為桿長是l0，與桿相對運動的人認為桿長是l，則兩者之間的關系為ll0.(2)一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小例1在實驗室中測得以速度0.8c運動的介子的平均壽命為4×108秒，與介子一起運動的觀察者認為介子的平均壽命是多少？例2某列長為100 m的火車，若分別以v130 m/s和v22.7×108 m/s的速度做勻速直線運動，則對地面的觀察者來說其長度分別縮短了多少？二、相對論速度變換公式設參考系相對地面的運動速度為v，參考系中的物體以速度u沿參考系運動的方向相對參考系運動，那么物體相對地面的速度u.(1)當物體運動方向與參考系相對地面的運動方向相反時，公式中的u取負值(2)若物體運動方向與參考系運動方向不共線，此式不可用(3)由公式可知：u一定比uv小，但當u和v都比c小得多時，可認為uuv，這就是低速下的近似，即經(jīng)典力學中的速度疊加(4)當uvc時，uc，證明了光速是速度的極限，也反證了光速不變原理例3設想地球上有一觀察者測得一宇宙飛船以0.6c的速率向東飛行，5 s后該飛船將與一個以0.8c的速率向西飛行的彗星相撞試問：(1)飛船中的人測得彗星將以多大的速率向它運動？(2)從飛船中的時鐘來看，還有多少時間允許它離開航線，以避免與彗星相撞？三、質(zhì)速關系和質(zhì)能關系1質(zhì)速關系物體的質(zhì)量會隨物體的速度的增大而增大，物體以速度v運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間的關系m.(1)vc時，()20此時有mm0，也就是說：低速運動的物體，可認為其質(zhì)量與物體的運動狀態(tài)無關(2)物體的運動速率無限接近光速時，其相對論質(zhì)量也將無限增大，其慣性也將無限增大，其運動狀態(tài)的改變也就越難，所以超光速是不可能的2質(zhì)能關系(1)相對于一個慣性參考系，以速度v運動的物體其具有的相對論能量Emc2.其中E0m0c2為物體相對于參考系靜止時的能量(2)在相對論下，運動物體的動能Ekmc2m0c2.(3)物體的能量變化E與質(zhì)量變化m的對應關系為Emc2.例4一電子以0.99c的速率運動問：(1)電子的總能量是多少？(2)電子的經(jīng)典力學的動能與相對論動能之比是多少？(電子靜止質(zhì)量m09.1×1031 kg)1(對相對論的認識)關于質(zhì)量和長度，下列說法中正確的是()A物體的質(zhì)量與運動狀態(tài)無關，是物體本身的屬性B物體的質(zhì)量與運動狀態(tài)有關，只是在速度較小的情況下，其影響可忽略不計C物體的長度與運動狀態(tài)無關，是物體本身的屬性D物體的長度與運動狀態(tài)有關，只是在速度較小的情況下，其影響可忽略不計2(空間的相對性)一觀察者測得運動著的米尺長為0.5 m，靜止時長度為1 m，求此米尺以多大的速度移動3(質(zhì)速關系和質(zhì)能關系)電子的靜止質(zhì)量m09.11×1031 kg.(1)試分別用焦耳和電子伏為單位來表示電子的靜質(zhì)能(2)靜止電子經(jīng)過106 V電壓加速后，其質(zhì)量和速率各是多少？