高中鲁科版 (2019)第1节 初识相对论教学ppt课件

课后素养落实(十四)　初识相对论　相对论中的神奇时空探索宇宙的奥秘

(建议用时：40分钟)

考点一　相对论的基本原理

1．经过不断的努力，科学家终于探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学，下列说法正确的是(　　)

A．经典力学完全适用于宏观低速运动

B．经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的

C．随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论

D．随着相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值

A　[经典力学适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的，故A正确；经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误；在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学不会过时也不会失去价值，故C、D错误。]

2．(多选)下列说法中，正确的是(　　)

A．在以c的速度竖直向上升空的火箭上向前发出的光，相对于地面的速度一定大于c

B．在以c的速度竖直向上升空的火箭上向后发出的光，相对于地面的速度一定小于c

C．在以c的速度竖直向上升空的火箭上沿水平方向发出的光，相对于地面的速度为c

D．在以c的速度竖直向上升空的火箭上向任意方向发出的光，相对于地面的速度都为c

CD　[根据狭义相对论的基本假设——光速不变原理可知：竖直向上升空的火箭上发出的光相对于火箭的速度为c，相对于地面的速度也为c，故选项C、D正确，选项A、B错误。]

考点二　狭义相对论的两个效应

3．A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA＞vB。在火箭A上的人观察到的结果正确的是(　　)

A．火箭A上的时钟走得最快

B．地面上的时钟走得最快

C．火箭B上的时钟走得最快

D．火箭B上的时钟走得最慢

A　[在火箭A看来，地面和火箭B都高速远离自己，由t＝知，在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B的时钟都变慢了，且vA＞vB，故地面的时钟最慢，故A正确，B、C、D错误。]

4．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是(　　)

A．这个人是一个矮胖子

B．这个人是一个瘦高个子

C．这个人矮但不胖

D．这个人瘦但不高

D　[由公式l＝l0可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变，故D正确。]

5．某星际飞船正在遥远的外太空飞行，假如它的速度可以达到0.7c，在地球上观测到其经过8.76×104 h的时间到达某星球，则在飞船上的人看来，其到达此星球需要的时间是(　　)

A．8.76×104 h     B．6.26×104 h

C．12.27×104 h     D．16.52×104 h

B　[由时间延缓效应公式可得τ0＝τ＝8.76×104× h≈6.26×104 h，故B正确。]

考点三　质能关系和质速关系

6．关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是(　　)

A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能

B．E＝mc2是物体的核能

C．E＝mc2是物体各种形式能的总和

D．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中，亏损的质量Δm与放出的能量ΔE存在一定关系

D　[爱因斯坦的质能方程E＝mc2，只是说明物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系。物体的能量增大了，质量也增大；能量减小了，质量也减小。故D正确，A、B、C错误。]

7．在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.8，此时质量m与原质量m0的关系为(　　)

A．m＝m0     B．m＝0.5m0

C．m＝1.155m0     D．m＝

D　[由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系，m＝得m＝＝，故D正确。]

考点四　探索宇宙奥秘

8．(多选)2017年6月16日，来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光，射向青海德令哈站与千公里外的云南丽江高美古站，首次实现人类历史上第一次距离达“千公里级”的量子密钥分发。下列说法正确的是(　　)

A．牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律

B．牛顿力学适用于描述光子的运动规律

C．量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红光”的运动规律

D．量子力学的发现说明牛顿力学已失去了实用价值

AC　[牛顿力学可以用来描述物体的宏观低速运动，故牛顿力学适用于描述“墨子号”绕地球运动的规律，故A正确；对于运动速度接近光速的物体的运动，不适合用牛顿力学来描述，故B错误；量子力学可以描述“墨子号”发出的“两道红光”的运动规律，因为红光运动速度为光速，所以需考虑相对论效应，使用量子力学描述，故C正确；量子力学和牛顿力学适用范围不同，量子力学适用于高速运动，在宏观低速运动中，牛顿力学仍然适用，不能说牛顿力学已经失去了实用价值，故D错误。]

9．一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为v＝6×106 m/s。问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？

[解析]　根据爱因斯坦的狭义相对论m＝得出运动后的质量增大了。

m＝＝≈1.000 2m0。

所以改变的百分比为：

×100%＝0.02%。

[答案]　增大　0.02%

10．如图所示，质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c(c为光速)的飞船在太空中同向运动。则下列说法中正确的是(　　)

甲　　　　　乙

A．乙观察到甲身高变高

B．甲观察到乙身高变矮

C．若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快

D．若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为c

D　[因为人是垂直于速度方向站立的，身高方向上没有尺缩效应，即甲、乙观察到对方的身高不变，故A、B错误；根据相对论的时间延缓效应，可知乙观察到甲动作变慢，故C错误；根据爱因斯坦光速不变原理，乙观察到该光束的传播速度仍为c，故D正确。]

11.(多选)假如你站在一条长木杆的中央附近，如图所示，并且看到木杆落在地上时是两头同时着地，所以，你认为这木杆是平着落到了地上。而此时飞飞同学正以接近光速的速度从木杆前面掠过，她看到B端比A端先落到地，因而她认为木杆是向右倾斜着落的。她的看法是(　　)

A．对的

B．错的

C．她应感觉到木杆在朝她运动

D．她应感觉到木杆在远离她运动

AC　[当飞飞同学掠过木杆时，在她看来，木杆不仅在下落，而且还在朝她运动，正好像星体朝你的飞船运动一样。因此，在你看来同时发生的两件事，在飞飞同学看来首先在B端发生。综上所述可知A、C正确，B、D错误。]

12．带电π介子静止时的平均寿命是2.6×10－8s，某加速器射出的带电π介子的速率是2.4×108m/s。试求：

(1)在实验室中测得这种粒子的平均寿命；

(2)上述π介子衰变前在实验室中通过的平均距离。

[解析]　(1)由τ＝得，π介子的平均寿命是

τ＝ s＝4.33×10－8 s。

(2)π介子衰变前在实验室中通过的平均距离s＝τ·v＝4.33×10－8 s×2.4×108 m/s＝10.4 m。

[答案]　(1)4.33×10－8 s　(2)10.4 m

13．人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m。设有一宇宙飞船自地球往返于人马星座α星之间。若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算飞船往返一次需多少时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多少？

[解析]　以地球上的时钟计算：

τ＝＝ s≈2.87×108 s＝9年；

若以飞船上的时钟计算：因为τ＝，

所以得τ0＝τ＝2.87×108× s≈1.28×107 s＝0.4年。

[答案]　9年　0.4年