鲁科版必修2 6.1 高速世界 课件（20张）.ppt

6 1高速世界 2 在1900年 英国物理学家开尔文在一篇瞻望二十世纪物理学的文章中他先说 在已经基本建成的物理学大厦中 后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了 接着他又说 但是 在物理学晴朗的天空的远处 还有两朵小小的令人不安的乌云 两朵乌云 迈克尔孙 莫雷实验热辐射实验 迈入新世界 迈克耳孙 莫雷实验和以太学说 水波的传播要有水做媒介 声波的传播要有空气做媒介 它们离开了介质都不能传播 太阳光穿过真空传到地球上 光为什么能在真空中传播 它的传播介质是什么 物理学家给光找了个传播介质 以太 最早提出 以太 的是古希腊哲学家亚里士多德 亚里士多德认为下界为火 水 土 气四元素组成 上界加第五元素 以太 牛顿在发现了万有引力之后 碰上了难题 在宇宙真空中 引力由什么介质传播呢 为了求得完整的解决 牛顿复活了亚里士多德的 以太 说 认为 以太 是宇宙真空中引力的传播介质 后来 物理学家又发展了 以太 说 认为 以太 也是光波的传播介质 光和引力一样 是由 以太 传播的 他们还假定整个宇宙空间都充满了 以太 以太 绝对静止 密度极小 硬度极大 完全透明 充斥于空间 渗透于一切物体 但是 肯定了 以太 的存在 新的问题又产生了 地球以每秒30公里的速度绕太阳运动 就必须会遇到每秒30公里的 以太风 迎面吹来 同时 它也必须对光的传播产生影响 为了观测 以太风 是否存在 1887年 迈克耳孙与莫雷合作 在克利夫兰进行了一个著名的实验 迈克耳孙 莫雷实验 即 以太漂移 实验 实验结果证明 不论地球运动的方向同光的射向一致或相反 测出的光速都相同 在地球同设想的 以太 之间没有相对运动 因而 根本找不到 以太 或 绝对静止的空间 由于这个实验在理论上简单易懂 方法上精确可靠 所以 实验结果否定 以太 之存在是毋庸置疑的 5 相对论主要是关于物质运动与时间空间关系的理论 其中局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论 推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论 提出原因 迈克尔孙 莫雷实验结论与经典时空观及衍生出的以太学说相违背 爱因斯坦通过对电磁理论研究 意识到实验的困境是由于时空观造成的 他彻底抛弃 以太 的概念 提出相对论的两条基本假设 基于这两条基本假设 爱因斯坦建立了狭义相对论 把物理学推进到高速领域 相对论 6 经典时空观 时间和空间彼此独立 互不关联 且不受物质或运动的影响 经典时空观的几个基本结论 同时的绝对性 时间间隔的绝对性 空间距离的绝对性 7 相对论时空观 狭义相对论的两个基本假设1 相对性原理所有的物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式2 光速不变原理在一切惯性参照系中 测量到的真空中的光速c都是一样的 8 时间延缓效应 运动的时钟变慢 长度收缩效应 运动的尺子缩短 质速关系 物体质量随着速度的增大而增大 质能关系 质量和能量是物质不可分离的属性 注意 只有高速运动时 以上效应才明显 狭义相对论的基本结论 9 时间延缓效应 10 分析 在此过程中 车上的钟走过的时间为 称固有时 静止在地面上的观察者看来 由于列车在高速行驶测得该过程经历的时间为 运动的钟比静止的钟走得慢 设车厢高度为h 列车行驶速度为v 则 11 答案 c时钟走最慢 a走最快 例1 a b c是三个完全相同的时钟 a放在地面上 b c分别放在两个火箭上 以速度vb和vc朝同一方向飞行 vb vc 地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢 哪个走得最快 12 长度收缩效应 设一个一维物体 相对于它静止的观测者测其长度为l 静止长度或固有长度 该物体相对另一惯性系沿自身长度方向以匀速 运动 则在此惯性系中的观察者测该物体的长度为 13 质速关系 当物体在所处的惯性系静止时 它具有最小的质量m0 这个质量叫静止质量 若物体以速度 相对某惯性系运动时 在这个惯性系观测它的质量为 14 高速运动的物体其质量测得值会非常大 并随着速度趋于光速c而无限增大 但事实告诉我们 一个真实的物体质量是确定值 有限大 结论 一个真实的 静止质量不为零的物体 相对任何惯性的运动速度都不可能达到或超过光速c 15 质能关系 按照相对论及基本力学定律可推导出质量和能量具有如下关系 质能关系式 说明 1 质量和能量是物质不可分离的属性 2 能量变化量和质量变化量关系式为 3 任何静质量不为零的物体都贮存着巨大的能量 16 时空弯曲 加速能够使光线弯曲 引力也能使光线弯曲 加速和引力是等效的 17 1 1905年爱因斯坦提出了狭义相对论 狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的 这两条基本假设是 a 同时的绝对性与同时的相对性b 运动的时钟变慢与运动的尺子缩短c 时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性d 相对性原理与光速不变原理 d 18 2 为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程e mc2 科学家用中子轰击铀原子 分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程放出的能量 然后进行比较 精确验证了质能方程的正确性 设捕获中子前的原子质量为m1 捕获中子后的原子质量为m2 被捕获的中子质量为m3 核反应过程放出的能量为 e 则这一实验需验证的关系式是 a e m1 m2 m3 c2b e m1 m3 m2 c2c e m2 m1 m3 c2d e m2 m1 m3 c2 b 19 相对论时空观 狭义相对论的两个基本假设相对性原理 所有的物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式光