1、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 思维导图 1.了解相对性 原理和光速不 变原理。 2.初步了解相 对论时空观的 内涵。 3.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。 4.了解宇宙的 起源与演化。 必备知识 自我检测 一、初识相对论 1.牛顿力学的局限性 1887年的迈克耳孙莫雷实验等表明:在不同的参考系中,光的传 播速度都一样。这与牛顿力学的结论是矛盾的。 2.相对论的两个基本假设 爱因斯坦彻底放弃绝对时间的概念,提出两个基本假设: (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
2、一切惯性参考系中,测量到的真空中的光速c 都一样(c=3108 m/s)。 必备知识 自我检测 二、相对论中的神奇时空 1.时间延缓效应 如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运 动的物体完成某个动作的时间间隔为0,地面上的人观察到该物体 在同一地点完成这个动作的时间间隔为 ,则 = 0 1-( ) 2,由于 1-（ ） 20,此种情况称为时间延缓效应。 2.长度收缩效应 如果与杆相对静止的人测得杆长是 l0,沿着杆的方向,以 v 相对杆运 动的人测得杆长是 l,则 l=l0 1-( ) 2,由于 1- （ ） 21,所以总有 l0。 理解:(1)对同一物理过程经历的时间,在不
3、同的惯性系中观测,测得 的结果不同,时间延缓效应是一种观测效应,不是被测过程的节奏 变化了。(2)惯性系速度越大,地面上的人观测到的时间越长。(3) 由于运动是相对的,故在某一参考系中观测另一参考系中发生的物 理事件,总会感到时间延缓效应。即惯性系中的人观测地面上发生 的事件的时间也延缓。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 (2)长度收缩效应:如果与杆相对静止的人测得杆长是l0,沿着杆的方 向,以v相对杆运动的人测得杆长是l,有l=l0 ,总有l0时,物体的质量mm0,即物体的质量改变 了,故这种情况下,经典力学不再适用 C.当物体以较小速度运动时,质量变化十分微弱,经典力学理论仍然 适用,只
4、有当物体以接近光速运动时,质量变化才明显,故经典力学 适用于低速运动,而不适用于高速运动 D.通常由于物体的运动速度太小,质量的变化引不起我们的感觉, 故在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化 问题一 问题二 问题三 随堂检测 解析:公式中m0是静止质量,m是物体以速度v运动时的质量,选项A 正确;由公式知,只有当v的大小与光速具有可比性时,物体的质量变 化才明显,一般情况下物体的质量变化十分微小,故经典力学仍然 适用,选项B错误,选项C、D正确。 答案:ACD 问题一 问题二 问题三 随堂检测 探索宇宙的奥秘探索宇宙的奥秘 情境导引 1929年,美国天文学家哈勃在研究星系的光谱后提出了
5、哈勃定律。 认定所有的星系都在彼此远离,宇宙处于普遍膨胀之中。遥远恒星 发出的光线在地球上会发生什么现象? 要点提示:会发生弯曲。 知识点拨 光线在引力场中弯曲:根据广义相对论,物质的引力会使光线弯曲, 引力场越强,弯曲越厉害。通常物体的引力场都太弱,但太阳引力 场却能引起光线比较明显的弯曲。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 实例引导 例3(多选)下面说法符合广义相对论的是( ) A.物质的引力使光线弯曲 B.光线沿直线传播,与引力场无关 C.强引力场附近的光线弯曲一定是光发生了折射现象 D.恒星发出的光在太阳引力场作用下会发生弯曲 解析:观测结果证实了引力使光线弯曲的结论,选项A正确,B错
6、误; 引力场吸引力使光线弯曲,选项C错误;恒星发出的光在太阳引力场 作用下会发生弯曲,选项D正确。 答案:AD 问题一 问题二 问题三 随堂检测 1.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大小为( ) A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1.0c 解析:根据光速不变原理,在任何参照系中测量的光速大小都是c,D 正确。 答案:D 问题一 问题二 问题三 随堂检测 2.关于经典力学和相对论,下列说法正确的是( ) A.经典力学和相对论是各自独立的学说,互不相容 B.相
7、对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的 C.相对论和经典力学是两种不同的学说,二者没有联系 D.经典力学包含在相对论之中,经典力学是相对论的特例 解析:相对论的建立并没有否定经典力学,而是认为经典力学是相 对论在一定条件下的特殊情形,选项A、B、C错误,D正确。 答案:D 问题一 问题二 问题三 随堂检测 3.(多选)下列说法正确的是( ) A.由时间延缓效应可知,固有时间最短 B.由长度收缩效应可知,静止长度最长 C.由质速关系可知,静止质量最大 D.物体质量减少时会释放出一定的能量 解析:由狭义相对论的时间延缓效应可知固有时间最短,选项A正确; 由长度收缩效应可知静止长度最长,选项B正确;由质速关系可知静 止质量最小,选项C错误;由质能关系可知,选项D正确。 答案:ABD 问题一 问题二 问题三 随堂检测 4.如果真空中的光速为c=3108 m/s,当一个物体的运动速度为 v1=2.4108 m/s时,质量为3 kg,当它的速度为v2=1.8108 m/s时,质 量为多少? 解析:根据 m= 0 1-2 2 得 1 2 = 1-22 2 1-12 2 , 代入数据得m2=2.25 kg。 答案:2.25 kg
