高中物理 第十五章 相对论简介 章末总结课件 新人教版选修34.ppt

第十五章相对论简介 章末总结 网络构建区 相对论简介 狭义相对论 两个基本假设 狭义相对性原理 光速不变原理 在不同的惯性参考系 中 一切物理规律都是相同的 真空中的光速在不同惯 性参考系中都是相同的 几个重要结论 同时 是相对的 长度是相对的 长度的相对性公式l l0 相对论简介 狭义相对论 几个重要结论 时间间隔是相对的 时间间隔的相对性公式 t 相对论速度变换公式u 相对论质量关系式m 爱因斯坦质能方程e mc2 相对论简介 广义相对论 两个基本原理 广义相对性原理 等效原理 几个结论 物体的引力使光线弯曲引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别 引力红移 在任何参考系中 物 理规律都是相同的 一个均匀的引力场与一个做 匀加速运动的参考系等价 专题整合区 一 时间和空间的相对性 二 质速关系和质能关系 三 相对论速度变换公式 一 时间和空间的相对性 正确理解时间和空间的相对性公式是求解此类问题的关键 时间间隔的相对性公式为 t 长度的相对性公式为l l0 一 时间和空间的相对性 例1在实验室中测得以速度0 8c运动的 介子的平均寿命为4 10 8秒 与 介子一起运动的观察者认为 介子的平均寿命是多少 解析在相对于 介子运动的实验室中测得 介子的平均寿命为 t 则相对于 介子静止的观察者测得 介子的平均寿命为 一 时间和空间的相对性 t 4 10 8 s 2 4 10 8s 答案2 4 10 8s 一 时间和空间的相对性 例2某列长为100m的火车 以v 2 7 108m s的速度做匀速直线运动 则对地面的观察者来说其长度缩短了多少 解析根据公式l l0知 长度缩短了 l l0 l l0 代入数据可得 l 56 4m答案56 4m 二 质速关系和质能关系 质速关系式 m 质能关系式 e mc2 利用质速关系式和质能关系式解题时应首先明确物体的静止质量或运动质量 二 质速关系和质能关系 例3一电子以0 99c的速率运动 问 1 电子的总能量是多少 解析 1 由m e mc2得e j 5 81 10 13j 答案5 81 10 13j 二 质速关系和质能关系 2 电子经典力学的动能与相对论动能之比是多少 电子静止质量m0 9 1 10 31kg 解析电子经典力学的动能e m0v2 电子相对论动能ek m0c2 所以 8 05 10 2 答案8 05 10 2 三 相对论速度变换公式 相对论速度变换公式 设车对地面的速度为v 人对车的速度为u 车上人相对于地面的速度为u 则u 如果车上人运动方向与车运动方向相同 u 取正值 如果车上人的速度与车运动方向相反 u 取负值 三 相对论速度变换公式 例4设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0 6c的速率向东飞行 5s后该飞船将与一个以0 8c的速率向西飞行的彗星相撞 试问 三 相对论速度变换公式 1 飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动 解析取地球为s系 飞船为s 系 向东为x轴正向 则s系相对s 系的速度v 0 6c 彗星相对s系的速度ux 0 8c 由相对论速度变换公式可求得慧星相对飞船的速率ux 0 946c 即彗星以0 946c的速率向飞船靠近 答案0 946c 三 相对论速度变换公式 2 从飞船中的时钟来看 还有多少时间允许它离开航线 以避免与彗星相撞 解析把t0 t0 0时的飞船状态视为一个事件 把飞船与彗星相撞视为第二个事件 这两个事件都发生在s 系中的同一地点 即飞船上 地球上的观察者测得这两个事件的时间间隔 t 5s 根据时间间 三 相对论速度变换公式 隔的相对性公式可求出 即由 t 5s 解得 4s 即从飞船上的时钟来看 还有4s的时间允许它离开原来的航线 答案4s 自我检测区 1 2 3 4 1 2 3 1 空间的相对性 如图1所示 假设一根10m长的梭镖以光速穿过一根10m长的管子 它们的长度都是在静止状态下测量的 以下叙述中最好地描述了梭镖穿过管子的情况的是 图1 4 a 梭镖收缩变短 因此在某些位置上 管子能完全遮住它b 管子收缩变短 因此在某些位置上 梭镖从管子的两端伸出来c 两者都收缩 且收缩量相等 因此在某个位置 管子恰好遮住梭镖d 所有这些都与观察者的运动情况有关 1 2 3 4 解析长度的相对性公式l l0中的l和l0是具有相对性的 到底是管子收缩变短还是梭镖收缩变短 要看观察者所处的参考系 如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖 那么梭镖看起来就比管子短 在某些位置梭镖会完全处在管子内部 然而当你和梭镖一起运动时 你看到的管子就缩短了 所以在某些位置 你可以看到梭镖从管子的两端伸出来 答案d 1 2 3 4 2 相对论速度变换公式 若一宇宙飞船对地以速度v运动 宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c 问在地面上的观察者看来 光速应为v c吗 解析由相对论速度变换公式u 式中u v分别为v和c 代入公式求得光对地的速度u c 答案在地面上的观察者看来 光速是c不是v c 1 2 3 4 3 质速关系和质能关系 电子的静止质量m0 9 11 10 31kg 1 试分别用焦耳和电子伏为单位来表示电子的静质能 解析由质能方程得e0 m0c2 9 11 10 31 3 108 2j 8 2 10 14j ev 0 51mev 答案8 2 10 14j0 51mev 1 2 3 4 2 静止电子经过106v电压加速后 其质量和速率各是多少 解析由能量关系得eu m m0 c2 解得m m0 kg 9 11 10 31kg 2 69 10 30kg 由m 1 2 3 4 解得v c 3 108 m s 2 82 108m s 答案2 69 10 30kg2 82 108m s 1 2 3 4 4 对相对论的