内蒙古准格尔旗高中物理 15.3《狭义相对论的其他结论》课件 新人教版选修34.ppt

15 3 狭义相对论的其他结论 教学目标 知识与技能 1 运动速度的相对论变换 2 相对论质量 3 质能方程过程与方法 让学生体会到自洽性检验是科学理论研究的一个基本方法 情感态度和价值观 体会物理学中蕴含的简单与和谐之美 质能方程 教学重点 难点 重点 三个公式难点 运动速度的相对性变换 狭义相对论的其他三个结论 狭义相对论的三个重要结论 相对论的速度叠加公式 相对论质量 质能方程 1 相对论的速度叠加由于时间和空间的相对性 对于物体的速度 在某一惯性系s 内观测 要用s 系的时间和空间坐标表示 在另一惯性系s内观测 要用s系的时间和空间坐标表示 这样 速度叠加公式就不再是绝对时空的速度叠加公式了 假如s 和s两系的坐标轴相平行 s 以速度 沿x轴而运动 一质点以u 相对s 沿x 轴而运动 则相对s 其速度u为这是相对论的速度叠加公式 如果u c 则u c 如果u c 光速 则u c 与相对论的时空概念相协调 v 车外的人看到车上人相对地面的速度为 例1地球上一观察者 看见一飞船a以速度2 5 l03m s从他身边飞过 另一飞船b以速度2 0 l08m s跟随a飞行 求 1 a上的乘客看到b的相对速度 2 b上的乘客看到a的相对速度 结束 目录 解 1 设地球为k系 飞船a为k 系 由已知条件可知k 系相对k系是速度为 飞船b在k系中的速度为 飞船b在k 系中的速度为 结束 目录 2 设地球为k系 飞船b为k 系 由已知条件可知k 系相对k系是速度为 飞船a在k系中的速度为 飞船a在k 系中的速度为 结束 目录 练习1一原子核以0 5c的速度离开一观察者而运动 原子核在它运动方向上向前发射一电子 该电子相对于核有0 8c的速度 此原子核又向后发射了一光子指向观察者 对静止观察者来讲 1 电子具有多大的速度 2 光子具有多大的速度 结束 目录 解 设观测者为k系 原子核为k 系 电子在k 系中的速度为 k 系相对k系是速度为 电子在k系中的速度为 根据光速不便原理 光子的速度为c 结束 目录 2 质量和速率的关系在经典物理的概念里 一个物体的质量为一常量 与物体的运动状态无关 但是在相对论理论里 质量和运动的速度有关 物体的静止质量m0是一常量 相对任何惯性系均为m0 而物体以速度 运动时 它的 运动 质量m为质量随速率增加而变大 实验完全证实了这个公式 从质量和速度的关系式可以看出 当物体速度趋近于光速时 质量将趋向无限大 这是不可能的 一切物体的速度都永远小于真空中的光速 2 相对论质量 物体的运动速度不能无限增加 那么物体的质量是否随着速度而变化 严格的论证表明 物体高速 与光速相比 运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系 m为运动质量m0为静止质量 质速关系曲线 微观粒子的速度很高 它的质量明显的大于静止质量 在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响 1988年 中国第一座高能粒子加速器 北京正负电子对撞机首次对撞成功 例2如一观察者测出电子质量为2m 问电子速度为多少 m 为电子的静止质量 结束 目录 结束 目录 练2某人测得一静止棒长为人质量为m 于是求得此棒线密度为 m l 假定此棒以速度v在棒长方向上运动 此人再测棒的线密度应为多少 若棒在垂直长度方向上运动 它的线密度又为多少 结束 目录 结束 目录 结束 目录 物体的能量和质量之间存在着某种联系 物体的能量和质量之间存在密切的联系 他们的关系是 爱因斯坦 3 质能方程 这就是著名的质能方程 质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系 物体的动能 运动时的能量 静止时的能量 在v c时的一种近似 这就是动能表达式 例3设电子的速度为 1 1 0 106m s 2 2 0 108m s 试计算电子的动能各是多少 如用经典力学公式计算电子动能又各为多少 结束 目录 解 1 按 相对论 计算 当电子的速度为v1 1 0 106m s时的动能 结束 目录 当电子的速度为v2 1 0 108m s时的动能 结束 目录 2 按 经典力学 计算 结束 目录 例4两个氖核组成质量数为4 原子量为4 0015u的氦核 试计算氦核放出的结合能 结束 目录 氘核静止质量 其中u为原子质量单位 结束 目录 练3太阳由于向四面空间辐射能量 每秒损失了质量4 109kg 求太阳的辐射功率 结