【红对勾】高考物理 相对论简介课件.ppt

课时2相对论简介 知识点一狭义相对论的基本假设 知识回顾 1 经典相对性原理 1 惯性系 如果牛顿运动定律在某个参考系中成立 这个参考系叫做惯性系 相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系 2 伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是 相同的 2 狭义相对论的两个基本假设 1 爱因斯坦相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是 2 光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是 相同的 相同 的 要点深化 1 惯性系和非惯性系的区别牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系 匀速运动的汽车 轮船等作为参考系就是惯性系 牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系 例如我们坐在加速的车厢里 以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动 根据牛顿运动定律 房屋树木应该受到不为零的合外力作用 但事实上没有 也就是牛顿运动定律不成立 这里加速的车厢就是非惯性系 2 伽利略相对性原理的其他表述 1 在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动 2 任何惯性系都是平权的 3 光速是极限速度根据麦克斯韦的电磁场理论可以直接得到真空中电磁波的速度是光速c 那么此速度相对于哪个参考系 如果它相对于参考系s是正确的 另外还有一个参考系s s 相对于s以速度v运动 若依据速度合成法则 光相对于s 的速度应是c v 或者是c v 而不是c 若是c v 这不是就存在 超光速 了 事实上由相对论可知 光速为极限速度 是不变的 因此伽利略速度合成法则在这里是不适用的 基础自测 2010 北京高考 属于狭义相对论基本假设的是 在不同的惯性系中 a 真空中光速不变b 时间间隔具有相对性c 物体的质量不变d 物体的能量与质量成正比解析 由爱因斯坦狭义相对论基本假设可知选项a正确 答案 a 知识点二狭义相对论的时空观 知识回顾 1 时间的相对性 1 同时的相对性 在一个惯性参考系中 同时 发生的两个事件 在另一个惯性参考系中可能是不同时的 即同时是相对的 2 时间间隔的相对性 当从地面观察以速度v前进的火车时 车上的时间进程变慢了 不仅时间变慢了 物理 化学过程和生命的过程都变慢了 这称为时间膨胀 2 空间的相对性 1 长度的相对性 相对地面以速度v运动的物体 从地面上看 沿着运动方向上的长度变短了 速度越大 变短的越多 要点深化 1 经典物理学时空观与相对论时空观的区别经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的 是绝对的 空间与时间之间是没有联系的 而相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关 在一个确定的参考系中观察 运动物体的长度 空间距离 和物理过程的快慢 时间进程 都跟物体的运动状态有关 相对论更具有普遍性 经典物理学时空观是相对论在低速运动时的特例 2 同时 的相对性理解狭义相对论的时空观认为 同时是相对的 即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件 在另一个惯性系中不一定是同时的 用爱因斯坦列车加以说明 如图1所示 火车以v匀速直线运动 车厢中央有一闪光灯发出光信号 光信号到车厢前壁为事件1 到后壁为事件2 地面为s系 列车为s 系 图1 在s 系中 a以速度v向光接近 b以速度v离开光 事件1与事件2同时发生 在s系中 光信号相对车厢的速度v1 c v v2 c v 事件1与事件2不是同时发生 即s 系中同时发生的两个事件 在s系中观察却不是同时发生的 因此 同时 具有相对性 1 观察运动的物体其长度要收缩 收缩只出现在运动方向 固有长度值最大 如图2所示 图2 2 低速空间相对论效应可忽略 3 长度收缩是相对的 k系认为静止在k 系中的尺收缩 反之 k 系认为静止在k系中的尺收缩 基础自测 长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关 物体在运动方向长度缩短了 一艘宇宙飞船的船身长度为l0 90m 相对地面以u 0 8c的速度在一观测站的上空飞过 1 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少 2 宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少 答案 1 2 25 10 7s 2 3 75 10 7s 答案 ad 题型一狭义相对性原理的应用 例1 如图3所示 设惯性系k 相对于惯性系k以匀速v c 3沿x轴方向运动 在k 系的x y 平面内静止一长为5m 并与x 轴成30 角的杆 试问 在k系中观察到此杆的长度和杆与x轴的夹角为多大 图3图4 解析 如图4 在k 系中 杆在x y 轴上的投影l x l y分别为l x l cos l y l sin 式中 l 为k 系中测得的杆长 即固有长度 为杆与x 轴的夹角 由于k和k 系仅在x轴方向有相对运动 故在k系中 杆在x轴方向的投影lx有收缩 而在y轴方向的投影ly则没有变化 即 在以上两式中 代入题给的数据 我们不难算出l 4 79m 31 48 即在k系中观察到这根高速运动的杆长 长度要缩短 空间方位也会改变 变式1 1惯性系s中有一边长为l的正方形 如图5所示 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象是 图5 解析 由相对论知识可知 沿运动方向 物体的长度将变短 而其他方向物体长度不会发生变化 因此 c正确 abd错误 答案 c 题型二质速关系的应用 例2 两个电子相向运动 每个电子对于实验室的速度都是0 8c 它们的相对速度是多少 在实验室中观测 每个电子的质量是多少 计算结果中的光速c和电子的静止质量m不必代入数值 解析 设在实验室中观察 甲电子向右运动 乙电子向左运动 若以乙电子为 静止 参考系 即o系 实验室 记为o 系 就以0 8c的速度向右运动 o 系相对于o系速度u 0 8c 如图6 甲电子相对于o 系的速度为u 0 8c 图6 变式2 1一粒子以0 05c的速率相对实验室参考系运动 此粒子衰变时发射一个电子 电子相对于粒子的速度为0 8c 电子的衰变方向与粒子运动方向相同 求电子相对于实验室参考系的速度 答案 0 817c 题型三质能方程的应用 例3 联合国将2005年定为 国际物理年 以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献 对于爱因斯坦提出的质能方程e mc2 以下看法中正确的是 a e mc2表明物体具有的能量与其质量成正比b e mc2中的e表示发生核反应过程中释放的核能c 根据 e mc2可以计算核反应中释放的核能d e mc2表示发生的质量亏损 m转变为能量 e释放出来 解析 爱因斯坦质能方程e mc2表明物体具有的总能量与它的质量之间存在正比关系 并不是指核反应过程中释放的核能 故选项b错误 e mc2中的 m不一定是指质量亏损 也可能是增加的质量 它描述的是 m与 e的对应关系 故选项d错误 答案 ac 题后反思在核反应中亏损的质量与释放的能量之间存在着 e mc2的对应关系 质能方程e mc2表明物体具有的总能量与它的质量之间存在正比关系 并不是指核反应过程中释放的核能 也并不能说明质量与能量之间可以相互转化 仅说明质量与能量之间存在着一种对应关系 变式3 1一个轴核衰变为钍核时释放出一个 粒子 已知轴核的质量为3 853131 10 25kg 钍核的质量为3 786567 10 25kg 粒子的质量为6 64672 10 27kg 在这个衰变过程中释放出的能量等于 j 保留两位有效数字 解析 设核反应前的质量和能量分别为m1 e1 则 e1 m1c2 设核反应后的质量和能量分别为m2 e2 则 e2 m2c2 两式相减得 e mc2 mu mth m c2 3 853131 3 786567 0 0664672 10 25 3 108 2j 8 7 10 13j 答案 8 7 10 13 c 当物体以较小的速度运动时 质量变化十分微弱 经典力学理论仍然适用 只有当物体以接近光速运动时 质量变化才明显 故经典力学适用于低速运动 而不适用于高速运动d 通常由于物体的速度太小 质量的变化引不起我们的感觉 在分析地球上物体的运动时 不必考虑质量变化解析 公式中的m0是物体的静止质量 在v远小于光速时 经典力学依然成立 故选项a b错而c d对 答案 cd 2 在狭义相对论中 下列说法中哪些是正确的 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速 质量 长度 时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变 惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时 会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些a 是正确的b 是正确的c 是正确的d 是正确的 解析 由爱因斯坦狭义相对论可知 说法均对 故选c 答案 c 3 对相对论的基本认识 下列说法正确的是 a 相对论认为 真空中的光速在不同惯性参照系中都是相同的b 爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量c 在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快d 我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了解析 本题考查相对论的基本原理 答案 a 4 a b c是三个完全相同的时钟 a放在地