2018_19版高中物理第5章新時(shí)空觀的確立章末總結(jié)學(xué)案滬科版.docx

第5章 新時(shí)空觀的確立章末總結(jié)一、時(shí)空的相對(duì)性1同時(shí)的相對(duì)性在經(jīng)典物理學(xué)中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中認(rèn)為是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中一定也是同時(shí)的；而根據(jù)狹義相對(duì)論的時(shí)空觀，同時(shí)是相對(duì)的2時(shí)間間隔的相對(duì)性與運(yùn)動(dòng)的慣性系相對(duì)靜止的人認(rèn)為兩個(gè)事件時(shí)間間隔為t，地面觀察者測(cè)得的時(shí)間間隔為t，則兩者之間關(guān)系為t.3長(zhǎng)度的相對(duì)性(1)如果與桿相對(duì)靜止的人認(rèn)為桿長(zhǎng)是l，與桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿長(zhǎng)是l，則兩者之間的關(guān)系為：ll.(2)一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度短例1如圖1所示，你站在一條長(zhǎng)木桿的中央附近，看到木桿落在地上時(shí)是兩頭同時(shí)著地所以，你認(rèn)為這木桿是平著落到了地上而此時(shí)飛飛小姐正以接近光速的速度沿AB方向從木桿前面掠過(guò)，她看到B端比A端先落到地上，因而她認(rèn)為木桿是向右傾斜著落地的她的看法是否正確？圖1答案正確解析在靜止的參考系中，A、B兩端同時(shí)落地，而飛飛是運(yùn)動(dòng)的參考系，在她看來(lái)，沿運(yùn)動(dòng)方向靠前的事件先發(fā)生因此B端先落地例2某列長(zhǎng)為100m的火車(chē)，若以v2.7108m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則對(duì)地面上的觀察者來(lái)說(shuō)其長(zhǎng)度縮短了多少？答案56.4m解析根據(jù)公式ll知，長(zhǎng)度縮短了llll，代入數(shù)據(jù)可得l56.4m.二、相對(duì)論速度變換公式設(shè)參考系對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)速度為v，參考系中的物體以速度u沿參考系運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)參考系運(yùn)動(dòng)，那么物體相對(duì)地面的速度u為：u.(1)當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)方向與參考系相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，公式中的u取負(fù)值(2)若物體運(yùn)動(dòng)方向與參考系運(yùn)動(dòng)方向不共線，此式不可用(3)由上式可知：u一定比uv小，但當(dāng)uc時(shí)，可認(rèn)為uuv，這就是低速下的近似，即經(jīng)典力學(xué)中的速度疊加(4)當(dāng)uvc時(shí)，uc，證明了光速是速度的極限，也反證了光速不變?cè)砝?設(shè)想地球上有一觀察者測(cè)得一宇宙飛船以0.60c的速率向東飛行，5.0s后該飛船將與一個(gè)以0.80c的速率向西飛行的彗星相碰撞試問(wèn)：(1)飛船中的人測(cè)得彗星將以多大的速率向它運(yùn)動(dòng)？(2)從飛船中的時(shí)鐘來(lái)看，還有多少時(shí)間允許它離開(kāi)航線，以避免與彗星碰撞？答案(1)0.946c(2)4.0s解析(1)取地球?yàn)镾系，飛船為S系，向東為x軸正向則S系相對(duì)S系的速度v0.60c，彗星相對(duì)S系的速度ux0.80c.由相對(duì)論速度變換公式可求得慧星相對(duì)飛船的速率ux0.946c，即彗星以0.946c的速率向飛船靠近(2)把t0t00時(shí)的飛船狀態(tài)視為一個(gè)事件，把飛船與彗星相碰視為第二個(gè)事件這兩個(gè)事件都發(fā)生在S系中的同一地點(diǎn)(即飛船上)，地球上的觀察者測(cè)得這兩個(gè)事件的時(shí)間間隔t5.0s，根據(jù)時(shí)鐘延緩效應(yīng)可求出t，由t5.0s，解得t4.0s，即從飛船上的時(shí)鐘來(lái)看，還有4.0s的時(shí)間允許它離開(kāi)原來(lái)的航線三、質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系1質(zhì)速關(guān)系物體的質(zhì)量會(huì)隨物體的速度的增大而增加，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系m.(1)vc時(shí)，20此時(shí)有mm0，也就是說(shuō)：低速運(yùn)動(dòng)的物體，可認(rèn)為其質(zhì)量與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)(2)物體的運(yùn)動(dòng)速率無(wú)限接近光速時(shí)，其相對(duì)論質(zhì)量也將無(wú)限增大，其慣性也將無(wú)限增大其運(yùn)動(dòng)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(guān)系(1)相對(duì)于一個(gè)慣性參考系，以速度v運(yùn)動(dòng)的物體其具有的能量Emc2.其中E0m0c2為物體相對(duì)于參考系靜止時(shí)的能量(2)物體的能量變化E與質(zhì)量變化m的對(duì)應(yīng)關(guān)系為Emc2.例4一電子以0.99c的速率運(yùn)動(dòng)問(wèn)：(1)電子的總能量是多少？(2)電子經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)能與相對(duì)論動(dòng)能之比是多少？(電子靜止質(zhì)量m09.11031kg)答案(1)5.81013J(2)8102解析(1)由m，Emc2得E J5.81013 J.(2)電子經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)能Em0v2，電子相對(duì)論動(dòng)能Ekm0c2，所以8102.1(多選)關(guān)于質(zhì)量和長(zhǎng)度，下列說(shuō)法中正確的是()A物體的質(zhì)量與位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)任何關(guān)系，是物體本身的屬性B物體的質(zhì)量與位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，只是在速度較小的情況下，其影響可忽略不計(jì)C物體的長(zhǎng)度與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，是物體本身的屬性D物體的長(zhǎng)度與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，只是在速度較小的情況下，其影響可忽略不計(jì)答案BD解析由相對(duì)論原理可知B、D正確2如圖2所示，假設(shè)一輛由超強(qiáng)力電池供電的摩托車(chē)和一輛普通有軌電車(chē)，都被加速到接近光速；在我們的靜止參考系中進(jìn)行測(cè)量，哪輛車(chē)的質(zhì)量將增大()圖2A摩托車(chē)B有軌電車(chē)C兩者都增加D都不增加答案B解析在相對(duì)論中普遍存在一種誤解，即認(rèn)為運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量總是隨速度增加而增大；當(dāng)速度接近光速時(shí)，質(zhì)量要趨于無(wú)窮大其實(shí)物體質(zhì)量增大只是發(fā)生在給它不斷輸入能量的時(shí)候，而不一定是增加速度的時(shí)候?qū)τ熊夒娷?chē)，能量通過(guò)導(dǎo)線從發(fā)電廠源源不斷輸入，而摩托車(chē)的能源卻是它自己帶的有能量不斷從外界輸入有軌電車(chē)，但沒(méi)有能量從外界輸給摩托車(chē)能量對(duì)應(yīng)于質(zhì)量，所以有軌電車(chē)的質(zhì)量將隨速度增加而增大，而摩托車(chē)的質(zhì)量不會(huì)隨速度增加而增大3火箭以c的速度飛離地球，在火箭上向地球發(fā)射一束高能粒子，粒子相對(duì)地球的速度為c，其運(yùn)動(dòng)方向與火箭的運(yùn)動(dòng)方向相反則粒子相對(duì)火箭的速度大小為()A.cB.C.cD.答案C解析由u，可得c解得uc，負(fù)號(hào)說(shuō)明與v方向相反4一高能加速器沿相反方向射出兩個(gè)粒子，速度均為0.6c，則它們的相對(duì)速度大小是多少？答案0.88c解析以其中任意一個(gè)粒子為運(yùn)動(dòng)參考系，要求的就是另一個(gè)粒子在該運(yùn)動(dòng)參考系下的運(yùn)動(dòng)速度u.由題意知，運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)靜止參考系的速度v0.6c，另一粒子相對(duì)于靜止參考系的速度u0.6c.根據(jù)相對(duì)論速度變換公式u，可知0.6c.可解得u0.88c，即該粒子相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參考系的速度大小為0.88c.5電子的靜止質(zhì)量m09.111031kg.(1)試用焦耳和電子伏為單位來(lái)表示電子的靜質(zhì)能(2)靜止電子經(jīng)過(guò)106V電壓加速后，其質(zhì)量和速率各是多少？答案(1)8.21014J0.51MeV(2)2.95m00.94c解析