高中物理 第六章 相对论 章末总结课件 教科版选修34 .ppt

第六章相对论 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 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 时间间隔是相对的 时间间隔的相对性公式 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是一样的 光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数据都是相同的 相对论简介 两个基本假设 几个重要结论 相对论速度变换公式v 相对论质量关系式m 爱因斯坦质能方程e 狭义相对论 mc2 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 相对论简介 在任何参考系中物理规律都是一样的 一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的 学习探究区 一 时间和空间的相对性 二 相对论速度变换公式 三 质速关系和质能关系 一 时间和空间的相对性 返回 1 与运动的惯性系相对静止的人认为两个事件时间间隔为 0 地面观察者测得的时间间隔为 则两者之间关系为 2 1 如果与杆相对静止的人认为杆长是l0 与杆相对运动的人认为杆长是l 则两者之间的关系为l 2 一条沿自身长度方向运动的杆 其长度总比杆静止时的长度小 返回 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 介子的平均寿命为答案2 4 10 8s 一 时间和空间的相对性 返回 例2某列长为100m的火车 若分别以v1 30m s和v2 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分别缩短了多少 解析根据公式l l0知 长度缩短了 l l0 l l0代入数据可得 l1 5 10 13m l2 56 4m 答案5 10 13m56 4m 一 时间和空间的相对性 二 相对论速度变换公式 返回 设参考系相对地面的运动速度为v 参考系中的物体以速度u 沿参考系运动的方向相对参考系运动 那么物体相对地面的速度u 1 当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时 公式中的u 取负值 2 若物体运动方向与参考系运动方向不共线 此式不可用 二 相对论速度变换公式 3 由公式可知 u一定比u v小 但当u 和v都比c小得多时 可认为u u v 这就是低速下的近似 即经典力学中的速度叠加 4 当u v c时 u c 证明了光速是速度的极限 也反证了光速不变原理 返回 二 相对论速度变换公式 例3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 1 飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动 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 返回 二 相对论速度变换公式 解析 1 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 返回 二 相对论速度变换公式 2 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 5s 根据时间延缓效应可求出 0 即 5s 解得 0 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 1 0 946c 2 4s 返回 三 质速关系和质能关系 返回 1 质速关系物体的质量会随物体的速度的增大而增大 物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系m 1 v c时 2 0此时有m m0 也就是说 低速运动的物体 可认为其质量与物体的运动状态无关 2 物体的运动速率无限接近光速时 其相对论质量也将无限增大 其惯性也将无限增大 其运动状态的改变也就越难 所以超光速是不可能的 三 质速关系和质能关系 返回 2 质能关系 1 相对于一个惯性参考系 以速度v运动的物体其具有的相对论能量e mc2 其中e0 m0c2为物体相对于参考系静止时的能量 2 在相对论下 运动物体的动能ek mc2 m0c2 3 物体的能量变化 e与质量变化 m的对应关系为 e mc2 三 质速关系和质能关系 返回 例4一电子以0 99c的速率运动 问 1 电子的总能量是多少 2 电子的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 1 对该高速运动的电子 其总能量为动能与静能量之和 即e ek e0 因为ek m0c2 e0 m0c2 三 质速关系和质能关系 返回 答案 1 5 81 10 13j 2 8 05 10 2 自我检测区 1 2 3 1 对相对论的认识 关于质量和长度 下列说法中正确的是 a 物体的质量与运动状态无关 是物体本身的属性b 物体的质量与运动状态有关 只是在速度较小的情况下 其影响可忽略不计c 物体的长度与运动状态无关 是物体本身的属性d 物体的长度与运动状态有关 只是在速度较小的情况下 其影响可忽略不计解析由相对论原理可知b d正确 1 2 3 bd 2 空间的相对性 一观察者测得运动着的米尺长为0 5m 静止时长度为1m 求此米尺以多大的速度移动 解析设观察者测得的长度为l 米尺静止时的长度为l0 则满足长度相对公式l l0 进行变形可解得u 根据l l0可得u 代入数据得u 0 866c 2 6 108m s 答案2 6 108m s 1 2 3 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 2 静止电子经过10