高中物理 6.46.5 相对论的速度变换公式质能关系 广义相对论点滴（选学）课件 教科版选修34 .ppt

第六章相对论 6 4 6 5相对论的速度变换公式质能关系广义相对论点滴 选学 1 知道相对论速度变换公式 相对论质量和质能方程 2 了解广义相对论的基本原理 3 初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据 学习目标定位 学习探究区 一 相对论的速度变换 二 相对论质量和能量 三 广义相对论点滴 一 相对论的速度变换 返回 一列火车正以v 50m s的速度高速行驶 列车内一乘客以相对列车u 5m s的速度向前跑 站台上的观察者测得该乘客的速度是u v u 55m s 若列车的速度是0 9c 乘客的速度是0 5c 那么站台上的观察者测得该乘客的速度是0 9c 0 5c 1 4c吗 答案不是 问题设计 一 相对论的速度变换 返回 1 公式 设高速行驶的火车对地面的速度为v 车上的人相对火车以速度u 运动 那么人相对地面的速度为u 要点提炼 一 相对论的速度变换 返回 2 对公式的理解假设高速火车对地面的速度为v 车上的一高速粒子以速度u 沿火车前进的方向相对火车运动 那么此粒子相对于地面的速度u为u 1 若粒子运动方向与火车运动方向相反 则u 取值 2 如果v c u c时 可忽略不计 这时相对论的速度变换公式可近似为 u u v 负 一 相对论的速度变换 返回 3 若u c v c 则u c 表明一切物体的速度都不能超过光速 4 该变换公式只适用于同一直线上匀速运动速度的变换 对于更复杂的情况不适用 5 光速c是宇宙速度的 且相对任何参考系 光速都是的 极限 不变 二 相对论质量和能量 返回 回旋加速器中磁场一次次把粒子拉到狭缝处 狭缝处的电场一次次加速带电粒子 假如回旋加速器的半径可以增大到很大 磁感应强度足够大 经回旋加速器加速的粒子的速度可以达到任意速度甚至超过光速吗 问题设计 二 相对论质量和能量 返回 答案不可以超过光速 因为回旋加速器的理论基础是粒子在磁场中做圆周运动的周期 t 等于交变电场的周期 速度较小时粒子的质量m可以认为不变 周期t不变 电场变化与粒子圆周运动同步 但速度较大时 质量增大明显 粒子做圆周运动的周期t变大 无法做到圆周运动的周期与高频电压的周期同步 二 相对论质量和能量 返回 1 相对论质量 1 经典力学 物体的质量是的 一定的力作用在物体上产生的加速度 经过足够长时间后物体可以达到的速度 2 相对论 物体的质量随物体速度的而 物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系是 m 要点提炼 不变 一定 任意 增加 增大 二 相对论质量和能量 返回 因为总有v c 所以运动物体的质量m它静止时的质量m0 但当v c时 m m0 所以低速运动的物体 可认为其质量与运动速度无关 微观粒子的速度很大 因此粒子质量明显大于静质量 2 质能方程关系式 式中m是 e是 总要大于 e mc2 物体的质量 它具有的能量 二 相对论质量和能量 返回 有人根据e mc2得出结论 质量可以转化为能量 能量可以转化为质量 这种说法对吗 答案不对 e mc2表明质量与能量之间存在一一对应的关系 物体吸收或放出能量 则对应的质量会增加或减少 质量与能量并没有相互转化 对于一个封闭的系统 质量是守恒的 能量也是守恒的 延伸思考 三 广义相对论点滴 返回 1 在一个全封闭的宇宙飞船中 若飞船静止 宇航员将一小球自由释放 小球将怎样运动 假如没有引力场 飞船加速上升 宇航员将小球自由释放 小球相对飞船会怎样运动 答案小球都是以某一加速度落向舱底 2 宇航员能否根据 小球的加速下落 判断飞船是静止在一个引力场中 还是正处在一个没有引力场而正加速上升的过程中 答案不能 问题设计 三 广义相对论点滴 返回 1 广义相对论的基本原理 1 广义相对性原理 在中物理规律都是一样的 2 等效原理 一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的是等效的 2 广义相对论的几个结论 1 光线在引力场中 2 引力场的存在使得空间不同位置的出现差别 引力红移 任何参考系 惯性系统 弯曲 时间进程 返回 典例精析 例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 解析已知u 0 05c vx 0 8c 由相对论速度变换公式得答案0 817c 一 相对论速度变换公式 返回 典例精析 例2下列关于爱因斯坦质能方程的说法中 正确的是 a 只有运动的物体才具有质能 静止的物体没有质能b 一定的质量总是和一定的能量相对应c e mc2中能量e其实就是物体的内能d 由 e mc2知质量与能量可以相互转化解析e mc2表明质量与能量之间存在一一对应的关系 物体吸收或放出能量 则对应的质量会增加或减少 质量与能量并没有相互转化 故选项b正确 d错误 二 对质能方程的理解 返回 典例精析 静止的物体也具有能量 称为静质能e0 e0 m0c2 m0叫做静质量 e mc2中的能量e包括静质能e0和动能ek 而非物体的内能 故选项a c错误 答案b 二 对质能方程的理解 返回 典例精析 例3在日全食的时候 通过仪器可以观察到太阳后面的恒星 这说明星体发出的光 a 经太阳时发生了衍射b 可以穿透太阳及其他障碍物c 在太阳引力场作用下发生了弯曲d 经过太阳外的大气层时发生了折射解析根据爱因斯坦的广义相对论可知 光线在太阳引力场作用下发生了弯曲 所以可以在适当的时候 如日全食时 通过仪器观察到太阳后面的恒星 故c正确 a b d均错 三 广义相对论的几个结论 c 返回 课堂要点小结 相对论 狭义相对论的其他结论 相对论的速度变换公式 相对论质量m 质能方程e mc2 广义相对论简介 广义相对性原理 等效原理 广义相对论结论 引力使光线弯曲 引力使时间进程变慢 自我检测区 1 2 3 1 相对论速度变换公式 在高速运动的火车上 设车对地面的速度为v 车上的人以速度u 沿着火车前进的方向相对火车运动 那么他相对地面的速度u与u v的关系是 a u u vb uu vd 以上均不正确解析由相对论速度变换公式可知b正确 1 2 3 b 2 对质能方程的理解 关于物体的质量 下列说法正确的是 a 在牛顿力学中 物体的质量是保持不变的b 在牛顿力学中 物体的质量随物体的速度变化而变化c 在相对论力学中 物体静止时的质量最小d 在相对论力学中 物体的质量随物体速度的增大而增大 1 2 3 解析在牛顿力学中 物体的质量是保持不变的 故选项a正确 b错误 在相对论力学中 由于物体的速度v不可能达到光速c 所以v c 1 2 1 根据m 可知选项c d均正确 答案acd 1 2 3 3 广义相对论的几个结论 在引力可以忽略的空间有