2012屆高考物理第一輪復(fù)習(xí)相對論學(xué)案

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高三 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
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第十七章 相對論簡介
這一章介紹高速物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相對論的時(shí)空觀。這章的有兩個(gè)特點(diǎn)。 第一,我們平時(shí)接觸的都是低速運(yùn)動(dòng),因此本章很多結(jié)論與日常經(jīng)驗(yàn)不一致,難于接受。第二,相對論的全面闡述要用到較多的高等數(shù)學(xué)知識(shí),所以這章許多結(jié)論都是直接給出的。相對論內(nèi)容非常抽象,不易理解,但考綱對本章要求不高,只要記住結(jié)論就行。
【要求】
1.了解相對論的幾個(gè)基本假設(shè)。
2.知道長度、時(shí)間的相對性。
3.初步了解相對論速度、質(zhì)量變換公式。
4.了解愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系。
【知識(shí)再現(xiàn)】
1.慣性系:如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立,這個(gè)參考系就叫做慣性系.相對于一個(gè)慣性系做 運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系.
2.狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)
(1)狹義相對性原理: 。
(2)光速不變原理: 。
3.相對論質(zhì)量
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
4.質(zhì)能方程:E=mc2
知識(shí)點(diǎn)一狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)
1.伽利略相對性原理:力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。
2.狹義相對性原理:在不同的慣性參考系,一切物理規(guī)律都是相同的
3.光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的,光速與光源、觀察者間的相對運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。
注意:光速與光源的運(yùn)動(dòng)和觀察者無關(guān)。
4.對兩個(gè)基本原理的正確理解
①自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律,還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律。
②強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運(yùn)動(dòng),也不依賴于光的傳播方向。
③幾十年來科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物理技術(shù)測量光速,結(jié)果都不違背光速不變原理。
【應(yīng)用1】下列說法正確的是 ( )
A.力學(xué)規(guī)律在任何參考系中都是相同的
B.在所有慣性系中物理規(guī)律都是相同的
C.在高速運(yùn)動(dòng)情況下,慣性系中的物理規(guī)律也不一定相同
D.牛頓運(yùn)動(dòng)定律在非慣性系中不變
導(dǎo)示:在所有的慣性參考系中,物理規(guī)律都是相同的,在非慣性參考系中,牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再選用。故選B
知識(shí)點(diǎn)二時(shí)間和空間的相對性
1.“同時(shí)”的相對性:“同時(shí)”是相對的。在一個(gè)參考系中看來“同時(shí)”的,在另一個(gè)參考系中卻可能“不同時(shí)”。
理解:由于光速不變,即光速在任何慣性系中都是相同的,那么當(dāng)另一個(gè)慣性系的速度能夠和光速相比時(shí),同時(shí)性就是相對的。即在一個(gè)慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩事件,在另一個(gè)慣性系中就不一定是同時(shí)發(fā)生的。
2.長度的相對性:一條沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)的桿,其長度總比靜止時(shí)的長度小。即
式中l(wèi),是與桿相對運(yùn)動(dòng)的人觀察到的桿長,l0是與桿相對靜止的人觀察到的桿長。
注意:①在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上,桿的長度沒有變化。
②這種長度的變化是相對的,如果兩條平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運(yùn)動(dòng),與他們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀察者都會(huì)認(rèn)為對方的桿縮短了。
3.時(shí)間間隔的相對性:從地面上觀察,高速運(yùn)動(dòng)的飛船上時(shí)間進(jìn)程變慢,飛船上的人則感覺地面上的時(shí)間進(jìn)程變慢。
式中 是與飛船相對靜止的觀察者測得的兩事件的時(shí)間間隔, 是地面上觀察到的兩事件的時(shí)間間隔。
4.相對論的時(shí)空觀:經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為,時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)而獨(dú)立存在的,是絕對的,二者之間沒有聯(lián)系;相對論則認(rèn)為時(shí)間和空間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),物質(zhì)、時(shí)間、空間是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一體。
理解:在速度較低的時(shí)候,長度、時(shí)間是感覺不出來變化的,所以容易理解為長度、時(shí)間與物質(zhì)之間沒有什么關(guān)系,尤其是時(shí)間會(huì)認(rèn)為是流逝的均勻的坐標(biāo)。當(dāng)速度很大時(shí),長度和時(shí)間都跟著變化了,這時(shí)對宇宙的看法也必然要變化,長度和時(shí)間與物質(zhì)是緊密相關(guān)的,長度和時(shí)間是不能離開物質(zhì)而獨(dú)立存在的。長度和時(shí)間隨著物質(zhì)存在的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化是更重要的理解。
【應(yīng)用2】在地面上有一長l00m的跑道,運(yùn)動(dòng)員從起點(diǎn)跑到終點(diǎn),用時(shí)l0s,現(xiàn)從以0.8C速度沿跑道向前飛行的飛船中觀察,跑道有多長?
導(dǎo)示:由長度的相對性可知:跑道長
知識(shí)點(diǎn)三狹義相對論的其它結(jié)論
1.相對論速度變換公式: 。(式中v為高速火車相對地的速度,u′為車上的人相對于車的速度,u為車上的人相對地面的速度)。對于低速物體u′與v與光速相比很小時(shí),根據(jù)公式u= 可知 <注意:這一公式僅適用于u′與v在一直線上的情況,當(dāng)u′與v相反時(shí),u′取負(fù)值。
2.相對論質(zhì)量: 。(式中m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量,m為物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量,由公式可以看出隨v的增加,物體的質(zhì)量隨之增大)。
3.質(zhì)能方程:E=mc2
設(shè)E為物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量,E0為靜止時(shí)的能量,動(dòng)能為Ek,則Ek=E-E0
【應(yīng)用3】一電子的質(zhì)量m0=9.1×10-31kg,以0.99c的速度運(yùn)動(dòng),則(1)電子的總動(dòng)能多大?
(2)電子的經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)能與相對論的動(dòng)能之比是多大?
導(dǎo)示:(1)由 ,且E=mc2
得E=5.8×10-13J
(2)經(jīng)典動(dòng)能Ek=m0(0.99c)2
相對論中電子的動(dòng)能Ek’=(m-m0)c2
兩者之比值為:Ek/Ek’=0.08
知識(shí)點(diǎn)四廣義相對論簡介
1.廣義相對論的兩個(gè)基本原理:
①廣義相對性原理:在任何參考系中,物理規(guī)律都是相同的。
②等效原理:一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。
2.廣義相對論的幾個(gè)結(jié)論:
①物質(zhì)的引力使光線彎曲。
②引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別。
1.根據(jù)氣體吸收譜線的紅移現(xiàn)象推算,有的類星體遠(yuǎn)離我們的速度竟達(dá)光速c的80%,即每秒24萬公里。下列結(jié)論正確的是 ( )
A.在類星體上測得它發(fā)出的光的速度是(1+80%)c
B.在地球上接受到它發(fā)出的光的速度是(1-80%)c
C.在類星體上測得它發(fā)出的光的速度是c
D.在地球上上測得它發(fā)出的光的速度是c
2.如果你以接近于光速的速度朝一星體飛行,你是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺自己是在運(yùn)動(dòng)( )A.你的質(zhì)量在增加
B.你的心臟跳動(dòng)在慢下來
C.你在變小
D.以上三種變化同時(shí)發(fā)生
3.一大船在平靜的大洋中勻速行駛,一個(gè)人在其密閉船艙內(nèi)向各個(gè)方向做立定跳遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn),并由止來判斷船的航向,假設(shè)他每次做的功相等,下列正確的有( )
A.如果向東跳的最遠(yuǎn),則船向東行駛
B.如果向東跳的最近,則船向東行駛
C.他向各個(gè)方向跳的一樣遠(yuǎn),不能判斷行駛方向
D.他向各個(gè)方向跳的不一樣遠(yuǎn),能判斷行駛方向
4.在地面上觀測一個(gè)物體,由于物體以一定速度運(yùn)動(dòng),發(fā)現(xiàn)該物體質(zhì)量比靜止時(shí)的質(zhì)量增加了10%,求在地面上觀測時(shí),此物體相對于靜止時(shí)的尺度在運(yùn)動(dòng)方向上縮短了百分之幾?
A.91% B.10% C.18%  D.9.1%
5.一個(gè)以相對于實(shí)驗(yàn)室 0.8c 速度運(yùn)動(dòng)的粒子,飛行了3m后衰變,該粒子存在了多少時(shí)間?與該粒子一起運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中來測量這粒子衰變前存在了多長時(shí)間?
答案:1.CD 2.D 3.C 4.D
5.1.25×10-8s 7.5×10-9s


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