下载文档原格式
高考物理5.3奇特的相对论效应专题12020.031,一长杆在车厢中静止，杆与车厢前进的方向平行，在车厢中测得杆长为1m ，若车厢以0.6c 的速率行驶，则在地面上测得的杆长为____________。
2,下列属于广义相对论结论的是( )A ．尺缩效应B ．时间变慢C ．光线在引力场中弯曲D ．物体运动时的质量比静止时大大3,设想在人类的将来实现了恒星际航行，即将火箭发射到邻近的恒星上去，火箭相对于日心-恒星坐标系的速率为v=0.8c ，火箭中静止放置长度为1m 的杆，杆与火箭方向平行，求在日心-恒星坐标系中测得的杆长。
4,如图所示，水平地面上O 点的正上方竖直自由下落一个物体m ，中途炸成a ，b 两块，它们同时落到地面，分别落在A 点和B 点，且OA ＞OB ，若爆炸时间极短，空气阻力不计，则（ ）A ．落地时a 的速率大于b 的速率B ．落地时在数值上a 的动量大于b 的动量C ．爆炸时a 的动量增加量数值大于b 的增加量数值D ．爆炸过程中a 增加的动能大于b 增加的动能5,处于恒星际站上的观测者测得两个宇宙飞船以0.99c 的速率沿相反方向离去，问自一火箭测得另一火箭的速率是多少？6,一质量为M 的平板车以速度v 在光滑水平面上滑行，质量为m 的烂泥团从离车h 高处自由下落，恰好落到车面上，则小车的速度大小是（ ）A ．仍是vB ．M m Mv+ C ．M m gh m +2 D ．M m gh m Mv ++27,有甲、乙两人，甲以5m/s 的速度、乙以3m/s 的速度都向东直线行走，则甲相对于乙的速度大小为( )A ．3m/sB ．5m/sC ．2m/sD ．8m/s8,下列说法中不正确的是（）A．物体的动量发生改变，则合外力一定对物体做了功；B．物体的运动状态改变，其动量一定改变；C．物体的动量发生改变，其动能一定发生改变D．物体的动能发生改变，其动量一定发生改变。
9,一个质量为0.3kg的弹性小球，在光滑水平面上以6m/s的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球沿相反方向运动，反弹后的速度大小与碰撞前相同。
5.3 奇特的相对论效应 5.4 走近广义相对论 5.5 无穷的宇宙学习 目 标知 识 脉 络1.通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性.(重点、难点)2.知道相对论质量、爱因斯坦质能方程.(重点、难点)3.初步了解广义相对论的几个主要观点.奇 特 的 相 对 论 效 应[先填空] 1.运动时钟延缓 (1)经典的时空观某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的. (2)相对论的时空观物体所在的惯性系相对于我们所在惯性系的速度越大，我们所观察到的某一物理过程的时间就越长.惯性系中的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了.(3)相对时间间隔公式设Δt 表示静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt ′表示以v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt ＝Δt ′1－v 2c2.2.运动长度收缩 (1)经典的时空观一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同. (2)相对论的时空观“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化.(3)相对长度公式设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l 0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l ，杆相对于观察者的速度为v ，则l 、l 0、v 的关系是l ＝l 01－v 2c2.3.爱因斯坦质量公式和质能关系 (1)经典力学物体的质量是不变的，一定的力作用在物体上产生一定的加速度，足够长时间后物体可以达到任意的速度.(2)质量公式物体的质量随物体速度增加而增大.物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系是：m ＝m 01－v 2c2，因为总有v ＜c .可知运动物体的质量m 总要大于它静止时的质量m 0.(3)质能关系关系式为E ＝mc 2，式中m 是物体的质量，E 是它具有的能量. [再判断]1.根据相对论的时空观，“同时”具有相对性.(√)2.相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大.(×)3.高速飞行的火箭中的时钟要变慢.(√)4.爱因斯坦通过质能方程阐明物体的质量就是能量.(×) [后思考]1.尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？【提示】 尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变. 2.以任何速度运动，时间延缓效应都很显著吗？【提示】 不是.当v →c 时，时间延缓效应显著；当v ≪c 时，时间延缓效应可忽略.[核心点击] 1.“动尺缩短”狭义相对论中的长度公式l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2中，l 0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v 运动时，静止的观察者测量的长度.2.“动钟变慢”时间间隔的相对性公式 Δ t ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2中，Δt ′是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt 是相对于事件发生地以速度v 高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔.3.分析时间间隔和长度变化时应注意的问题(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化.(2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的.4.相对论质量公式的理解(1)式中m 0是物体静止时的质量(也称为静质量)，m 是物体以速度v 运动时的质量，这个关系式称为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大而增大.(2)微观粒子的运动速度很大，它的质量明显大于光子质量，像回旋加速器中被加速的粒子质量会变大，导致做圆周运动的周期变大后，它的运动与加在D 形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制.(3)微观粒子的速度很大，因此粒子质量明显大于静质量. 5.对质能方程的理解 爱因斯坦质能方程E ＝mc 2.它表达了物体的质量和它所具有的能量关系：一定的质量总是和一定的能量相对应. (1)静止物体所对应的能量为E 0＝m 0c 2，这种能量称为物体的静质能，每个有静质量的物体都有静质能.(2)由质能关系式可得ΔE ＝Δmc 2.其中Δm 表示质量的变化量，该式意味着当质量减少Δm 时，要释放出ΔE ＝Δmc 2的能量.(3)物体的总能量E 为动能E k 与静质能E 0之和，即E ＝E k ＋E 0＝mc 2(m 为物体运动时的质量).1.星际火箭以0.8c 的速率飞行，其运动质量为静止质量的多少倍？ 【解析】 设星际火箭的静止质量为m 0， 其运动时的质量m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c2＝m 01－0.82＝53m 0，即其运动质量为静止质量的53倍.【答案】5 32.地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？【解析】当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c时，由相对论长度公式l＝l01－vc2，代入相应的数据解得：l＝100×1－0.62 km＝80 km.【答案】100 km 80 km应用相对论“效应”解题的一般步骤1.应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度.2.明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果.3.应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算.走近广义相对论[先填空]1.广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中，物理过程和规律都是相同的.(2)等效原理：一个均匀引力场与一个做匀加速运动的参考系等价.2.广义相对论的几个结论(1)光线在引力场中弯曲.(2)引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差(引力红移).[再判断]1.万有引力定律适用于狭义相对论.(×)2.广义相对论提出在任何参考系中物理规律都是相同的.(√)3.广义相对论提出光线会在引力场中沿直线传播.(×)[后思考]地球表面有引力，为什么说在地球表面均匀介质中光沿直线传播？【提示】地球表面的引力场很弱，对光的传播方向影响很小，所以认为光沿直线传播.[核心点击]1.广义相对论的两个基本原理的理解(1)广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理从惯性参考系推广到了非惯性系在内的所有参考系，一切参考系对于描述物理规律和物理现象来说都是平等的，无论用什么参考系，物理规律都是相同的.(2)等效原理：在物理学中，一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系的惯性力场有等效性.2.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.3.引力红移：按照广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别.例如，在强引力的星球附近，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象.广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测证实.还有其他一些事实也支持广义相对论.目前，广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥了主要作用.3.下列说法中正确的是( )A.物体的引力使光线弯曲B.光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C.在强引力的星球附近，时间进程会变慢D.在强引力的星球附近，时间进程会变快E.广义相对论可以解释引力红移现象【解析】根据广义相对论的几个结论可知，选项A、C、E正确，B、D错误.【答案】ACE4.在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是( )A.船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B. 船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的E.在加速参考系中的惯性力场等效于引力场【解析】在惯性参考系中，光是沿直线传播的，故A正确，B错误.而在非惯性参考系中，因为有相对加速度，根据等效原理，光将做曲线运动，D正确，C错误.在加速参考系中的惯性力场等效于引力场，E正确.【答案】ADE应用广义相对论的原理解决时空变化问题的方法1.应该首先分析研究的问题或物体做怎样的运动，是处于怎样的参考系中.无论是匀加速运动的参考系，还是均匀的引力场中，其规律是相同的.2.然后根据“引力使时间变慢，空间变短”的理论分析其所在位置或运动情况会产生怎样的变化.。
奇特的相对论效应走近广义相对论无穷的宇宙1.（多选）按照爱因斯坦的广义相对论，下列说法中正确的是（）A.天体之间的引力作用是时空弯曲的原因B.光线经过太阳附近时会发生弯曲C.氢原子发射的光从太阳传播到地球时，它的频率要比地球上氢原子发射的光的频率低D.光在真空中是沿直线传播的解析：选ABC.根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力越强，弯曲越厉害，因此在地球上看到的星体位置与实际位置不符.在强引力的星球附近时间进程会变慢，相应的波长变长，频率变小，故A、B、C正确，D错误.2.1905年，爱因斯坦创立了“相对论”，提出了著名的质能方程，下列涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是（）A.若物体能量增大，则它的质量增大B.若物体能量增大，则它的质量减小C.若核反应过程质量减小，则需吸收能量D.若核反应过程质量增大，则会放出能量解析：选A.由E＝mc2可知，若E增大，则m增大；若E减小，则m减小.A正确，B错误.若m减小，则E减小；若m增大，则E增大.C、D均错误.3.（多选）下列说法中正确的是（）A.万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释B.电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释C.狭义相对论是惯性参考系之间的理论D.万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架解析：选BCD.狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限，而星球的运动不能够超过光速影响到远处的另一个星球，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论，故选项A错误，B、D正确；狭义相对论是惯性参考系之间的理论，故选项C正确.4.惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是图中的哪个（）解析：选C.飞行器与被测正方形沿x方向发生相对运动.由相对论时空观可知，在该方向上会发生长度收缩效应，因此该方向测得的长度小于l，y方向与相对运动方向垂直，故y方向上测得的长度仍为l，故正确答案为C.5.如图所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在以速度v B和v C 朝同一方向飞行的两枚火箭上，且v B <v C .地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个时钟走得最快？解析：如题图所示，地面上的观察者认为C 钟走得最慢，因为它相对于观察者的速度最大.根据公式Δt ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，相对于观察者的速度v 越大，其上的时间进程越慢.地面上的钟的速度v ＝0，它所记录的两事件的时间间隔最大，即地面上的钟走得最快.答案：时钟C 走得最慢 地面上的钟A 走得最快[课时作业]一、单项选择题1.A 、B 两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且v A >v B ，在飞机上的人观察结果正确的是（ ）A.A 飞机上的人观察到足球场的长度比B 飞机上的人观察到的大B.A 飞机上的人观察到足球场的宽度比B 飞机上的人观察到的小C.两飞机上的人观察到足球场的长度相同D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同解析：选D.因为当一个惯性系的速度比较大时，根据l ＝l 01－v 2c2知，沿飞行方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故A 、C 均错误；而垂直于运动方向上，宽度是不随速度而变化的，因此B 错误，D 正确.2.在适当的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光（ ） A.经太阳时发生了衍射 B.可以穿透太阳及其他障碍物 C.在太阳引力场作用下发生了弯曲 D.经过太阳外的大气层时发生了折射解析：选C.根据爱因斯坦的广义相对论，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候（如日全食时）通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C 正确.而A 、B 、D 均错误.3.大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸.除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的.上世纪末，对一A 型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀.面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀.如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R 和宇宙年龄t 的关系，大致是下面哪个图像（ ）解析：选C.在匀速膨胀过程R ＝vt ，在加速膨胀过程R ＝12at 2，C 对.4.已知太阳内部进行激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为 3.8×1026J ，则可算出（ ）A.太阳的质量约为4.2×106t B.太阳的质量约为8.4×106 tC.太阳的质量每秒钟减小约为4.2×106t D.太阳的质量每秒钟减小约为8.4×106 t解析：选C.由质能方程知太阳每秒钟内因辐射能量而失去的质量为Δm ＝ΔE c2＝4.2×109kg ＝4.2×106t.5.某航天员要到离地球5光年的星球上去，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为（ ）A.0.5cB.0.6cC.0.8cD.0.9c解析：选C.根据公式l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2可知，另l ＝3光年，l 0＝5光年，就可求得v ＝0.8c .6.当物体以很大速度运动时，它的质量与静止质量m 0的关系是m ＝m 01－v 2c2，此时它的动能应该是（ ）A.12mv 2B.12m 0v 2 C.mc 2－m 0c 2D.以上说法都不对解析：选C.对于高速运动的物体，公式E k ＝12mv 2不再成立，只有当v ≪c 时，E k ＝12mv2才成立.二、多项选择题7.下列说法中正确的是（）A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的B.空间与时间之间是没有联系的C.有物质才有空间和时间D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关解析：选CD.经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的，其实是错误的，故A、B错误.因为相对论中空间和时间与物质的运动状态有关，在长度的相对性和时间的相对性上都得到了验证，C、D正确.8.关于质量和长度下列说法中正确的是（）A.物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物质本身的属性B.物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计C.物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性D.物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计解析：选BD.物体长度、质量都与物体运动状态有关，只有在速度较低时变化可忽略.9.在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是（）A.船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B.船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的解析：选AD.因引力可以忽略，船外观察者在无引力场中观察光沿直线传播，而匀加速运动的飞船与一个引力场效果相同，引力场会使光线发生弯曲，所以航天员在引力场中看光应是沿曲线传播，故A、D正确，B、C错误.10.世界上有各式各样的钟：砂钟、电钟、机械钟和光钟.既然运动可以使某一种钟变慢，它一定会使所有的钟都一样变慢.这种说法（）A.正确B.错误C.若变慢则变慢的程度相同D.若变慢则与钟的种类有关系解析：选AC.将不同类型的两架钟调整到相同，并将它们密封在一个盒子中，再让该盒子匀速运动.如果运动对一架钟的影响比另一架大，则坐在盒子里的人就能看到两架钟的差别，因而可以知道盒子是运动的，显然这违反了相对论的基本原理：一个密闭在盒子中的人是无法辨认自己是处于静止状态，还是匀速运动状态的.所以一架钟变慢时，所有钟必定都变慢，且变慢的程度一定严格相同.三、非选择题11.远方的一颗星以0.8c 的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？解析：时间进程要是能感觉出来必须是两个参考系的相对速度很大，大到能和光速相比.由Δt ＝Δt ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2得到Δt ′＝Δt1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝3昼夜.答案：3昼夜12.一枚静止时长30 m 的火箭以3 km/s 的速度从观察者的身边掠过，观察者测得火箭的长度应为多少？火箭上的人测得火箭的长度应为多少？如果火箭的速度为光速的二分之一呢？解析：火箭相对于火箭上的人是静止的，所以不管火箭的速度是多少，火箭上的人测得的火箭长与静止时相同，为l ′＝30 m.如果火箭的速度为v ＝3×103m/s ，地面观察者测得的火箭长l 为：l ＝l ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝30×1－⎝ ⎛⎭⎪⎫3×1033×1082m ＝30×1－1.0×10－10 m. 如果火箭的速度为v ＝c2，地面观察者测得的火箭长l 为：l ＝l ′1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2＝30× 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫c /2c 2m ≈26 m. 答案：见解析。
《走近广义相对论》学历案在探索宇宙奥秘的征程中，爱因斯坦的广义相对论无疑是一座璀璨的丰碑。
它不仅改变了我们对引力的理解，更深刻地影响了现代物理学的发展。
让我们一同走近广义相对论，揭开它神秘的面纱。
要理解广义相对论，首先得从牛顿的万有引力定律说起。
在牛顿的理论中，两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。
这个理论在很长一段时间内成功地解释了许多天体的运动现象。
然而，随着观测技术的不断提高，一些现象却无法用牛顿的理论来完美解释。
比如，水星近日点的进动问题。
水星是距离太阳最近的行星，其轨道并非是一个完美的椭圆。
按照牛顿的理论计算，水星的近日点位置应该是固定不变的，但实际观测却发现，水星的近日点在每世纪会有一定的进动。
这个微小的偏差，牛顿的理论无法给出令人满意的答案。
正是在这样的背景下，爱因斯坦提出了广义相对论。
广义相对论的核心观点是：物质和能量会弯曲时空，而引力则是时空弯曲的表现。
想象一下，一张平坦的弹性网，我们把一个重物放在网上，网就会凹陷下去。
这时，如果我们在网上放一个小球，小球就会沿着凹陷的网滚向重物。
这就类似于物体在弯曲的时空中受到引力的作用。
广义相对论有着一系列令人惊叹的预言。
其中之一就是光线的弯曲。
当光线经过一个大质量天体附近时，由于时空的弯曲，光线会发生偏折。
这个预言在 1919 年的日食观测中得到了证实，从而让广义相对论一举成名。
另一个重要的预言是引力红移。
由于引力场的作用，光子的能量会降低，导致其频率减小，波长变长，从而发生红移现象。
这一现象在后来的实验中也得到了验证。
广义相对论还对宇宙的演化有着重要的意义。
它预言了宇宙的膨胀，为现代宇宙学的发展奠定了基础。
然而，广义相对论的数学表述非常复杂，涉及到张量分析和黎曼几何等高深的数学知识。
这使得它对于大多数人来说，理解起来颇具难度。
但我们可以通过一些简单的类比和例子来帮助理解。
比如，想象一个二维的平面生物生活在一个弯曲的表面上，它们对于空间的感知和我们在弯曲时空中的感受有相似之处。
64. 高中物理中的相对论效应如何理解？一、关键信息1、相对论效应的定义及主要类型：狭义相对论效应：包括时间膨胀、长度收缩等。
广义相对论效应：如引力红移、光线弯曲等。
2、相对论效应的适用范围和条件：高速运动物体（接近光速）。
强引力场环境。
3、相对论效应与经典物理的差异和联系：差异：对时间、空间、质量等概念的全新诠释。
联系：在低速和弱引力场下可近似为经典物理。
4、理解相对论效应的重要性和应用领域：重要性：推动物理学的发展，深化对自然界的认识。
应用领域：GPS 定位、高能物理实验等。
二、相对论效应的基本概念11 狭义相对论的基本假设111 相对性原理：物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。
112 光速不变原理：真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的。
12 时间膨胀121 定义：高速运动的物体经历的时间相对于静止观察者变慢。
122 公式推导及示例计算。
13 长度收缩131 定义：高速运动物体的长度在运动方向上相对于静止观察者缩短。
132 相关公式及实际应用分析。
三、广义相对论效应21 等效原理211 阐述等效原理的内容：惯性力与引力等效。
212 举例说明等效原理的应用。
22 引力红移221 定义及产生机制：引力场导致光子能量降低，频率减小，波长变长。
222 观测和实验证据。
23 光线弯曲231 理论解释：时空弯曲使光线不再沿直线传播。
232 著名的观测实例（如日食时对星光的观测）。
四、相对论效应与经典物理的比较31 经典物理的时空观311 牛顿绝对时空观的特点。
312 其在低速情况下的适用性。
32 相对论对时间和空间的重新定义321 时间和空间不再是绝对分离和独立的。
322 二者相互关联且具有相对性。
33 质量与能量的等价性331 质能方程 E=mc²的含义及重要意义。
332 与经典物理中质量和能量概念的区别。
五、理解相对论效应的重要性41 对物理学发展的推动411 开拓了新的研究领域和理论框架。
112. 如何理解高中物理中的相对论效应？关键信息项1、相对论效应的定义及主要内容狭义相对论效应广义相对论效应2、高中物理中相对论效应的重点概念时间膨胀长度收缩质量增加3、相对论效应在高中物理中的常见题型及解题方法运动物体的时间计算长度测量的变化分析能量与质量的关系应用4、相对论效应与经典物理的对比与联系经典物理的局限性相对论对经典物理的修正与拓展5、相对论效应在现代科技中的应用实例卫星导航系统中的时间校正高能物理实验中的粒子加速11 相对论效应的定义及主要内容111 狭义相对论效应狭义相对论主要探讨了在惯性参考系中，时间和空间的相对性以及光速不变原理。
其中涉及到的相对论效应包括时间膨胀和长度收缩。
时间膨胀意味着运动中的物体经历的时间相对于静止观察者变慢，而长度收缩则表示运动物体在运动方向上的长度会变短。
112 广义相对论效应广义相对论则进一步研究了引力现象，提出了等效原理，即引力和加速度是等效的。
广义相对论中的相对论效应主要体现在光线在引力场中的弯曲、引力红移等现象。
12 高中物理中相对论效应的重点概念121 时间膨胀在高中物理中，时间膨胀是一个重要的概念。
通过公式可以计算出运动物体的时间相对于静止观察者的变化。
这一概念对于理解高速运动物体的时间特性具有重要意义。
122 长度收缩长度收缩是指物体在运动方向上的长度会变短。
同样，通过相关公式可以定量地计算出长度的收缩量。
123 质量增加随着物体运动速度的增加，其质量也会增加。
这一概念与经典物理中的质量不变观念有很大的不同，需要学生深入理解。
13 相对论效应在高中物理中的常见题型及解题方法131 运动物体的时间计算通常会给出物体的运动速度和相关参数，要求计算出在不同参考系中观察到的时间变化。
解题时需要正确运用时间膨胀公式，并注意单位的换算。
132 长度测量的变化分析给出物体的运动速度和原始长度，求解在运动状态下长度的收缩量。
需要准确运用长度收缩公式，同时理解长度测量的相对性。
3 走近广义相对论无穷的宇宙[学习目标定位] 1.了解广义相对论的两个根本原理.2.初步了解广义相对论的几个结论及主要观测证据.3.了解宇宙的演化．1．超重：在一个具有向上的加速度的系统中，物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象．2．广义相对论的两条根本原理广义相对性原理：在任何参考系中(包括惯性参考系)，物理过程和规律都是相同的．等效原理：一个均匀引力场与一个做加速运动的参考系等价．3．广义相对论的预言与证实天体间的引力作用使时空弯曲，引力场存在时，光线弯曲、光在传播时频率变低(引力红移)，这些结论通过宇宙中观测到的一些现象(比方：行星轨道不是严格封闭的，宇宙中的“海市蜃楼〞、太阳光谱中的钠谱线的引力红移等)得到证实．4．无穷的宇宙关于宇宙的起源，目前比较有影响的理论是物理学家伽莫夫的宇宙大爆炸学说．该理论认为，宇宙从最初的温度极高、密度极大、体积极小开始，随着爆炸的发生，不断地向各个方向迅速膨胀．宇宙演化的过程是：从粒子到恒星到黑洞.一、广义相对论的两个根本原理[问题设计]乘电梯时，当电梯开始启动上升时，你有什么感受？如果电梯一直加速上升，你又会有什么感受？答案电梯启动实际上是一个加速过程，正是这个加速度使你感到被向下压，产生沉重的感觉，即出现超重．也就是说，在电梯加速上升时，好似地球对你的引力增加了，因此，我们完全可以认为，电梯这个加速参考系就相当于给你加上了一个均匀向下的引力．[要点提炼]广义相对论的两个根本原理1．广义相对性原理：在任何参考系中(包括惯性参考系)，物理过程和规律都是相同的．2．等效原理：一个均匀引力场与一个做加速运动的参考系等价．例1假设宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．根据这一现象航天员能判断飞船处于某一星球外表吗？解析飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任意天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在某个行星的外表．答案不能二、广义相对论的预言与证实[问题设计]你知道广义相对论的一些有趣的结论吗？答案时空弯曲、光线弯曲、引力红移[要点提炼]广义相对论的几个结论1．时空弯曲：广义相对论认为，时空不是平直的，而是弯曲或“扭曲〞的，扭曲的根本原因在于时空中物质的质量或能量的分布．如果质量越大，时空弯曲的程度也就越大．2．光线弯曲：在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的．3．引力红移：在强引力场中，时钟要走得慢些．因此，光在引力场中传播时，它的频率会变低，波长会变长．例2按照爱因斯坦的广义相对论，以下说法中正确的选项是()A．天体之间的引力作用是时空弯曲的原因B．光线经过太阳附近时会发生弯曲C．氢原子发射的光从太阳传播到地球时，它的频率要比地球上氢原子发射的光的频率低D．光在真空中是沿直线传播的解析根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力越强，弯曲越厉害，因此在地球上看到的星体位置与实际位置不符．在强引力的星球附近时间进程会变慢，光线的波长变长，频率变小，故A、B、C正确，D错误．答案ABC三、无穷的宇宙[问题设计]2关于宇宙起源，目前比较有影响的理论是什么？答案比较有影响的理论是宇宙大爆炸学说，即我们的宇宙是从一个尺度极小的状态开展演化出来的.1929年美国天文学家哈勃发现银河系以外的大多数星系都在远离我们而去，距离越远，离开的速度越大，后来的分析说明，这是由于我们所处的宇宙正在膨胀，因此星系间距离在不断增大，在任何地方看起来，其他星系都在远离自己．[要点提炼]1．宇宙的起源关于宇宙起源，目前最有影响的理论是宇宙的大爆炸学说．宇宙大爆炸的证据：宇宙空间存在当时产生的微波辐射．2．宇宙的演化天文学家哈勃用望远镜对远距离星云观测时发现遥远的恒星发出的光谱线普遍存在“红移〞现象．这一现象说明：那些恒星正离我们远去，也说明星系系统处于一种膨胀状态．在宇宙演化过程中，黑洞是恒星演化的结果．黑洞本身不能发出光线，所以不可能直接显示它的存在．但是，可以观察到它巨大的引力场对周围物质产生的效应．例3观察遥远的恒星发出的光谱会出现“引力红移〞说明什么？答案根据多普勒效应，如果恒星向着我们运动，光的颜色偏蓝；如果恒星离我们而去，光的颜色偏红．遥远的恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，其波长变长，即向红色的一端移动，这说明：不管往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去．1．宇宙的大爆炸学说是俄裔美国物理学家______提出的．答案伽莫夫2．黑洞是________演化的结果．3答案恒星3．广义相对论的两个根本原理是指()A．光速不变原理B．广义相对性原理C．等效原理D．同时的相对性答案BC解析根据广义相对论根本原理内容．4．以下说法中正确的选项是()A．物质的引力使光线弯曲B．光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢D．广义相对论可以解释引力红移现象答案ACD解析由广义相对论的几个结论可知A、C、D正确．[根底题]1．以下说法中正确的选项是()A．万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释B．电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架答案BCD解析狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限，而星球的运动速度不能够影响到远处的另一个星球，所以万有引力理论无法纳入狭义相对论，应选项A错误，B、D正确；狭义相对论是惯性参考系之间的理论，应选项C正确．2．关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．以下说法正确的选项是()A．它们之间没有任何联系B．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了C．狭义相对论能够解决时空弯曲问题D．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论答案D4解析狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决．3．以下说法正确的选项是()A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星B．强引力作用可使光谱线向红端偏移C．引力场越强的位置，时间进程越慢D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的答案ABCD解析由广义相对论我们可知道：物质的引力使光线弯曲．在引力场中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象．4．以下说法中错误的选项是()A．矮星外表的引力很强B．时钟在引力场弱的地方比引力场强的地方走得快些C．引力场越弱的地方，物体的长度越短D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移答案CD5．以下说法中正确的选项是()A．“红移〞现象说明了星系系统处于一种膨胀状态B．黑洞是恒星演化的结果C．包括光在内的任何东西都不可能逃出黑洞D．黑洞实质上就是一个无光线的区域答案ABC6．黑洞本身不发光，不可能直接显示它的存在，那么又如何知道它的存在呢？答案黑洞本身不发出光线．所以不可能直接显示它的存在．但是，可以观察到它巨大的引力场对周围物质产生的效应，证实黑洞的存在．7．如何验证大爆炸理论的正确性？答案伽莫夫根据自己的大爆炸理论预言，作为爆炸的后果，宇宙空间应该存在当时产生的微波辐射．在实验中能否探测到这一微波辐射，就被认为是初步验证大爆炸理论的关键.20世纪60年代初，美国科学家威尔逊和彭齐亚斯在一次实验中意外地发现了这种微波辐射，证实了大爆炸理论的正确性．[能力题]8．在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，以下说法中正确的选项是()A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的5B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的答案AD解析由广义相对论根本原理可知A、D正确．9．黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片，那么关于黑洞，你认为正确的选项是()A．内部也是漆黑一片，没有任何光B．内部光由于引力的作用发生弯曲，不能从黑洞中射出C．内部应该是很亮的D．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去答案BCD[探究与拓展题]10．在外层空间的宇宙飞船上，如果你正在一个以加速度g＝m/s2向头顶方向运动的电梯中，这时，你举起一个小球自由地丢下，请说明小球是做自由落体运动．答案见解析解析由广义相对论中的等效原理知，一个均匀的引力场与一个做加速运动的参考系等价．当电梯向头顶方向加速运动时，自由丢下的小球相对于电梯的加速度为g＝m/s2，与在地球引力场中做自由落体运动相同．6。
