201x-201x学年高中物理第6章相对论与量子论初步第1节高速世界鲁科版必修2
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Δt′ ②关系式：Δt＝_____1_－__vc_22____，Δt为运动时间，Δt′为静止时间。 (2)长度收缩效应 ①在相对于物体运动着的惯性系中沿运动方向测出的物体长度，比在相对静止 的惯性系中测出的长度__短___。
②关系式：l′＝__l___1_－__cv_22_。
思维拓展 我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？
思考判断 (1)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。( ) (2)爱因斯坦质能关系式E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比。( ) (3)时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)×
对“两个基本原理”和“两个效应”的理解
[要点归纳] 1.两个基本原理
(1)相对性原理：物理学定律与惯性系的选择无关。 (2)光速不变原理：不管光源与观察者的相对运动如何，在任一惯性系中的观察者所 观测到的真空中的光速都是相等的。
(2)实验验证：恒星的光线在太阳附近弯曲的数值,与广义相对论的理论预言相当吻合。
(3)进一步推理：光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲。引力不但影 响___空__间____ ，而且影响___时__间____即时空弯曲。
m0 惯性系内观测它的质量m＝ ___1_－__vc_22__ ，物体的质量随___速__度____的增大而__增__大_____。 在低速运动中，质量的变化可以__忽__略__不__计___ 。
理解相对论效应的两点注意 (1)时间延缓效应是一种观测效应，不是时钟走快了或走慢了，也不是被观测过程 的节奏变化了。 (2)长度收缩效应也是一种观测效应，不是物体本身发生了收缩。另外，在垂直于 运动方向上不会发生收缩效应。
[针对训练1] 在一个飞船上测得船的长度为100 m，高度为10 m，当飞船以0.60c的速度 从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？ 解析 因为长度收缩只发生在运动的方向上，在垂直于运动方向上的长度不发生这 种效应，故飞船的高度仍为 10 m，若测得飞船的长度为 l，由长度收缩效应知 l＝ l0 1－vc22＝100× 1－（0.6c02 c）2 m＝80 m。
第1节 高速世界
学习目标
核心提炼
2个基本原理——相对性原理、光速不 1.知道狭义相对论的两个基本原理。
变原理 2.了解时间的延缓效应和长度的收缩效应。
2个效应——时间延缓效应、长度收缩 3.知道质速关系和质能关系。
效应 4.了解广义相对论的内容。
2个关系——质速关系、质能关系
一、两个基本原理和两个效应 阅读教材第110～114页的内容，了解高速世界的“两个基本原理”和“两个效应”。
2.质能关系 按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E＝_m__c_2，称为质能关系式。 物质的质量减少或增加时，必然伴随着_能__量__的减少或增加，其关系为ΔE＝ _Δ_m__c_2 。
3.时空弯曲
爱因斯坦的理想实验：
(1)科学预言：_加__速__运__动__能使光线弯曲， __引__力_____也能使光线弯曲。在宇宙中，物 质___质__量___大、 __密__度____高的区域时空弯曲大；物质__稀__少___的地方，时空弯曲小。
答案 根据长度收缩效应表达式 l′＝l l′近似等于 l，故此现象不明显。
1－cv22，因为我们生活在低速世界中，v≪c，
二、质速关系 质能关系 时空弯曲 阅读教材第114～118页的内容，了解质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对 论知识解释简单的现象。
1.质速关系 当物体在所处的惯性参考系静止时，质量m0最小，称为_静__止__质__量__。当物体相对于某 m0 惯性系以速度v运动时，在此惯性系内观测它的质量m＝_____1_－__vc_22 __，物体的质量 随_速__度___的增大而__增__大__ 。在低速运动中，质量的变化可以__忽__略__不__计___。
2.两个效应 (1)时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回 原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。这已被高精度的铯原子钟超音速 环球飞行实验证实。在相对论时空观中，运动时钟时间与静止时钟时间的关系：Δt ＝ Δ1－t′ vc22。由于 v<c 所以 Δt>Δt′，即运动的钟比静止的钟走得慢。这种效应被称为 时间延缓。
1.两个基本原理 (1)相对性原理：所有物理规律在一切___惯__性__参__照__系____中都具有_相__同___的形式。 (2)光速不变原理：在一切___惯__性__参__照__系___中，测量到的真空中的___光__速__c___都一样 (c＝3×108 m/s)。
2.两个效应
(1)时间延缓效应 ①在相对论时空观中，___高__速__运__动____的时钟比__静ห้องสมุดไป่ตู้_止___的时钟走得慢。
答案 10 m 80 m
对“相对论”中两个关系的理解
[要点归纳] 1.质速关系
(1)经典物理学的观点 经典力学认为物体的质量是物体的固有属性，由物体所含物质的多少决定，与物体 所处的时空和运动状态无关。由牛顿第二定律F＝ma可知，只要物体的受力足够大、 作用时间足够长，物体将能加速到光速或超过光速。
了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的是( ) A.车上的观察者认为两个事件是同时的 B.车上的观察者认为光先到达后壁 C.地面上的观察者认为两个事件是同时的 D.地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些
解析 因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪 光当然会同时到达前、后两壁，A对。地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光 向前、后传播的速度相对地面也是相同的，但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进 了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，故D也对。 答案 AD
(2)长度收缩效应：按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空 间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关。观测长度 l′与静止长度 l 之间 的关系：l′＝l 1－vc22，由于 v<c，所以 l′<l。这种长度观测效应被称为长度收缩。
[精典示例] [例1] (多选)一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出
②关系式：l′＝__l___1_－__cv_22_。
思维拓展 我们平时为何观察不到长度收缩效应呢？
思考判断 (1)物体所含物质的多少会随速度的变化而变化。( ) (2)爱因斯坦质能关系式E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比。( ) (3)时空弯曲是在引力场或惯性系中产生的。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)×
对“两个基本原理”和“两个效应”的理解
[要点归纳] 1.两个基本原理
(1)相对性原理：物理学定律与惯性系的选择无关。 (2)光速不变原理：不管光源与观察者的相对运动如何，在任一惯性系中的观察者所 观测到的真空中的光速都是相等的。
(2)实验验证：恒星的光线在太阳附近弯曲的数值,与广义相对论的理论预言相当吻合。
(3)进一步推理：光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲。引力不但影 响___空__间____ ，而且影响___时__间____即时空弯曲。
m0 惯性系内观测它的质量m＝ ___1_－__vc_22__ ，物体的质量随___速__度____的增大而__增__大_____。 在低速运动中，质量的变化可以__忽__略__不__计___ 。
理解相对论效应的两点注意 (1)时间延缓效应是一种观测效应，不是时钟走快了或走慢了，也不是被观测过程 的节奏变化了。 (2)长度收缩效应也是一种观测效应，不是物体本身发生了收缩。另外，在垂直于 运动方向上不会发生收缩效应。
[针对训练1] 在一个飞船上测得船的长度为100 m，高度为10 m，当飞船以0.60c的速度 从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？ 解析 因为长度收缩只发生在运动的方向上，在垂直于运动方向上的长度不发生这 种效应，故飞船的高度仍为 10 m，若测得飞船的长度为 l，由长度收缩效应知 l＝ l0 1－vc22＝100× 1－（0.6c02 c）2 m＝80 m。
第1节 高速世界
学习目标
核心提炼
2个基本原理——相对性原理、光速不 1.知道狭义相对论的两个基本原理。
变原理 2.了解时间的延缓效应和长度的收缩效应。
2个效应——时间延缓效应、长度收缩 3.知道质速关系和质能关系。
效应 4.了解广义相对论的内容。
2个关系——质速关系、质能关系
一、两个基本原理和两个效应 阅读教材第110～114页的内容，了解高速世界的“两个基本原理”和“两个效应”。
2.质能关系 按照相对论及基本力学定律可得质量和能量的关系为E＝_m__c_2，称为质能关系式。 物质的质量减少或增加时，必然伴随着_能__量__的减少或增加，其关系为ΔE＝ _Δ_m__c_2 。
3.时空弯曲
爱因斯坦的理想实验：
(1)科学预言：_加__速__运__动__能使光线弯曲， __引__力_____也能使光线弯曲。在宇宙中，物 质___质__量___大、 __密__度____高的区域时空弯曲大；物质__稀__少___的地方，时空弯曲小。
答案 根据长度收缩效应表达式 l′＝l l′近似等于 l，故此现象不明显。
1－cv22，因为我们生活在低速世界中，v≪c，
二、质速关系 质能关系 时空弯曲 阅读教材第114～118页的内容，了解质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对 论知识解释简单的现象。
1.质速关系 当物体在所处的惯性参考系静止时，质量m0最小，称为_静__止__质__量__。当物体相对于某 m0 惯性系以速度v运动时，在此惯性系内观测它的质量m＝_____1_－__vc_22 __，物体的质量 随_速__度___的增大而__增__大__ 。在低速运动中，质量的变化可以__忽__略__不__计___。
2.两个效应 (1)时间延缓效应：爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回 原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。这已被高精度的铯原子钟超音速 环球飞行实验证实。在相对论时空观中，运动时钟时间与静止时钟时间的关系：Δt ＝ Δ1－t′ vc22。由于 v<c 所以 Δt>Δt′，即运动的钟比静止的钟走得慢。这种效应被称为 时间延缓。
1.两个基本原理 (1)相对性原理：所有物理规律在一切___惯__性__参__照__系____中都具有_相__同___的形式。 (2)光速不变原理：在一切___惯__性__参__照__系___中，测量到的真空中的___光__速__c___都一样 (c＝3×108 m/s)。
2.两个效应
(1)时间延缓效应 ①在相对论时空观中，___高__速__运__动____的时钟比__静ห้องสมุดไป่ตู้_止___的时钟走得慢。
答案 10 m 80 m
对“相对论”中两个关系的理解
[要点归纳] 1.质速关系
(1)经典物理学的观点 经典力学认为物体的质量是物体的固有属性，由物体所含物质的多少决定，与物体 所处的时空和运动状态无关。由牛顿第二定律F＝ma可知，只要物体的受力足够大、 作用时间足够长，物体将能加速到光速或超过光速。
了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的是( ) A.车上的观察者认为两个事件是同时的 B.车上的观察者认为光先到达后壁 C.地面上的观察者认为两个事件是同时的 D.地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些
解析 因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪 光当然会同时到达前、后两壁，A对。地面上的观察者认为地面是一个惯性系，闪光 向前、后传播的速度相对地面也是相同的，但闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进 了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时间也就晚些，故D也对。 答案 AD
(2)长度收缩效应：按照狭义相对论时空观，空间也与运动密切相关，即对某物体空 间广延性的观测，与观测者和该物体的相对运动有关。观测长度 l′与静止长度 l 之间 的关系：l′＝l 1－vc22，由于 v<c，所以 l′<l。这种长度观测效应被称为长度收缩。
[精典示例] [例1] (多选)一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出