高中物理 第五章 第2、3讲 了解相对论（选学）课件 教科版必修2.ppt

第五章 经典力学的成就与局限性 第2讲了解相对论 选学 第3讲初识量子论 选学 目标定位 1 知道物体运动在接近光速时的现象 需要狭义相对论理论解释 在引力很强的大尺度范围时 遵循广义相对论 目标定位 2 知道狭义相对论中的尺缩效应和钟慢效应 及质量随运动速度增大而增大 知道经典力学是相对论在低速情况下的近似 3 了解微观现象中的不连续性或量子性 4 知道微观粒子具有波粒二象性 知道微观粒子运动不遵守确定性规律而遵循统计规律 初步了解量子论的作用 一 狭义相对论中的主要效应 收缩 变慢 变大 4 质量m和能量e之间存在着一个相互联系的关系式 e 称为质能关系 式中c是 5 任何物体的速度不能超过 mc2 光速 光速c 想一想为什么在经典力学中 观察不到运动物体质量的变化 二 广义相对论点滴 1 当光线通过强引力场时 光线在引力场中会发生 2 广义相对论是与相结合的典范 偏折 数学 物理学 三 量子论的基本内容1 量子论认为微观世界的某些物理量不能变化而只能取某些值 相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子 2 一切微观粒子都具有二象性 3 由于微观粒子运动的特殊规律性 使一个微观粒子的某些物理量不可能同时具有的数值 连续 分立 波粒 确定 想一想相对论与量子力学的出现是否否定了经典力学 答案相对论与量子力学的出现 说明人类对自然界的认识更加广泛和深入 而不表示经典力学已失去了意义 它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围 经典力学是相对论与量子力学的特例 一 在狭义相对论中的主要效应1 长度收缩效应物体静止长度l0和运动长度l之间的关系为 式中v是运动物体的速度 c是真空中的光速 l0是运动物体中的观察者测得的长度 l是地面上的观察者测得的长度 理解 1 在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象 2 我们平常观察不到这种长度收缩效应 是因为我们生活在比光速低得多的低速世界里 长度收缩效应极不明显 即使运动物体的速度达到v 30000km s 即0 1c 长度收缩效应也只不过是5 因此 在低速运动中 v c l l0 长度收缩效应可忽略不计 理解 1 时间延缓效应是时空的一种属性 在运动参考系中的时间节奏变慢了 一切物理过程 化学过程乃至观察者自己的生命节奏都变慢了 2 由于运动是相对的 故在某一个参考系中观察另一个不同参考系里发生的物理事件时 总能感到时间延缓效应 3 日常生活中的时间延缓效应可以忽略不计 在运动速度接近光速时 则变得特别重要 4 质能关系质量和能量是物体不可分离的属性 其关系式为e mc2 质能关系式也可写成 e mc2 由公式可以看出 随着一个物体质量的减少 会释放出一定的能量 与此同时 另一物体吸收了能量 质量也会随之增加 5 任何物体的速度不能超过光速 二 广义相对论点滴1 1916年 爱因斯坦创立了广义相对论 2 光线通过强引力场时 光线在引力场中会发生偏折 在引力场中 时空会发生 弯曲 3 在广义相对论中 时间 空间 物质与运动是紧密联系在一起的 三 量子论的基本内容1 1900年德国物理学家普朗克提出量子论 2 量子论认为微观世界的某些物理量不能连续变化而只能取某些分立值 物质吸收或发射的辐射能量量子 h 辐射能量的变化是一份一份的 而不是连续的 对于较大的物体能量量子化不显著 对于微观粒子能量量子化显著 3 微观粒子在某些条件下显示出波动性 在某些条件下显示出粒子性 微观粒子的这种性质称为 波粒二象性 对于宏观物体 波动性不显著 只显示出粒子性 例1某列车静止时的长度为100m 试问 1 当它以30m s的速度做匀速直线运动时 对地面的观察者来说它的长度是多少 解析根据狭义相对论长度公式 当列车以30m s的速度做匀速直线运动时 对地面的观察者来说它的长度是 答案99 9999999999995m 2 假如列车做匀速直线运动的速度达到2 7 108m s 对地面的观察者来说它的长度又是多少 解析假如列车做匀速直线运动的速度达到2 7 108m s 对地面的观察者来说它的长度是 答案43 6m 借题发挥物体的长度随其运动速度的变化 体现了空间的相对性 当然 尺缩效应 只有在物体的速度接近光速时才能明显地表现出来 对于低速运动的物体 其长度几乎不变 例2真空中的光速为c 3 0 108m s 如果一个物体的运动速度为v1 2 4 108m s时 质量为3kg 当它的速度为1 8 108m s时 质量为多少 答案2 25kg 尺缩效应1 设想在人类的将来实现了恒星际航行 即将火箭发射到邻近的恒星上去 火箭相对于日心 恒星坐标系的速率为v 0 8c 火箭中静止放置长度为1m的杆 杆与火箭方向平行 求在日心 恒星坐标系中测得的杆长 答案0 6m 钟慢效应2 1947年 在用乳胶研究高空宇宙射线时 发现了一种不稳定的基本粒子 称作介子 质量约为电子质量的273 27倍 它带有一个