高中物理 15.3《狹義相對論的其他結(jié)論》課件 新人教版選修3-4.ppt
高中物理新人教版 選修- 4系列課件,15.3狹義相對論的 其他結(jié)論,教學(xué)目標(biāo),知識與技能: (1)運動速度的相對論變換 (2)相對論質(zhì)量 (3)質(zhì)能方程 過程與方法: 讓學(xué)生體會到自洽性檢驗是科學(xué)理論研究的一個基本方法。 情感態(tài)度和價值觀: 體會物理學(xué)中蘊含的簡單與和諧之美(質(zhì)能方程) 教學(xué)重點、難點 : 重點:三個公式 難點:運動速度的相對性變換,狹義相對論的其他三個結(jié)論,狹義相對論的三個重要結(jié)論,相對論的速度疊加公式,相對論質(zhì)量,質(zhì)能方程,(1)相對論的速度疊加 由于時間和空間的相對性,對于物體的速度,在某一慣性系S內(nèi)觀測,要用S系的時間和空間坐標(biāo)表示;在另一慣性系S內(nèi)觀測,要用S系的時間和空間坐標(biāo)表示。這樣,速度疊加公式就不再是絕對時空的速度疊加公式了。假如 S和S兩系的坐標(biāo)軸相平行,S以速度沿x軸而運動,一質(zhì)點以u相對S沿x軸而運動,則相對S,其速度u為 這是相對論的速度疊加公式。如果uc,則uc;如果uc(光速),則uc與相對論的時空概念相協(xié)調(diào)。,v,車外的人看到車上人相對地面的速度為:,例1 地球上一觀察者,看見一飛船A以速 度2.5×l03 ms從他身邊飛過,另一飛船B 以速度2.0×l08ms 跟隨A飛行。求: (1)A上的乘客看到B的相對速度; (2)B上的乘客看到A的相對速度。,結(jié)束,目錄,解:(1)設(shè)地球為K系,飛船A為K系。由 已知條件可知K系相對K系是速度為,飛船B 在K系中的速度為,飛船B 在K系中的速度為,結(jié)束,目錄,(2) 設(shè)地球為K系,飛船B為K系。由 已知條件可知K系相對K系是速度為,飛船A 在K系中的速度為,飛船A在K系中的速度為,結(jié)束,目錄,練習(xí)1 一原子核以0.5c 的速度離開一觀察 者而運動。原子核在它運動方向上向前發(fā)射 一電子,該電子相對于核有0.8c 的速度;此 原子核又向后發(fā)射了一光子指向觀察者。對 靜止觀察者來講, (1)電子具有多大的速度; (2)光子具有多大的速度。,結(jié)束,目錄,解:設(shè)觀測者為K系,原子核為K系。,電子在K系中的速度為:,K系相對K系是速度為:,電子在K 系中的速度為:,根據(jù)光速不便原理,光子的速度為 c 。,結(jié)束,目錄,(2).質(zhì)量和速率的關(guān)系 在經(jīng)典物理的概念里,一個物體的質(zhì)量為一常量,與物體的運動狀態(tài)無關(guān)。但是在相對論理論里,質(zhì)量和運動的速度有關(guān)。物體的靜止質(zhì)量m0是一常量,相對任何慣性系均為m0,而物體以速度運動時,它的(運動)質(zhì)量m為 質(zhì)量隨速率增加而變大,實驗完全證實了這個公式。從質(zhì)量和速度的關(guān)系式可以看出,當(dāng)物體速度趨近于光速時,質(zhì)量將趨向無限大。這是不可能的。一切物體的速度都永遠小于真空中的光速。,(2)相對論質(zhì)量,物體的運動速度不能無限增加,那么物體的質(zhì)量是否隨著速度而變化?,嚴格的論證表明,物體高速(與光速相比)運動時的質(zhì)量與它靜止時的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系:,m為運動質(zhì)量 m0為靜止質(zhì)量,質(zhì)速關(guān)系曲線,微觀粒子的速度很高,它的質(zhì)量明顯的大于靜止質(zhì)量在研究制造回旋加速器時必須考慮相對論效應(yīng)的影響,1988年,中國第一座高能粒子加速器北京正負電子對撞機首次對撞成功,例2 如一觀察者測出電子質(zhì)量為2m。, 問電子速度為多少?(m。為電子的靜止質(zhì)量),結(jié)束,目錄,結(jié)束,目錄,練2 某人測得一靜止棒長為人質(zhì)量為m, 于是求得此棒線密度為=m/l 。假定此棒 以速度 v 在棒長方向上運動,此人再測棒的 線密度應(yīng)為多少,若棒在垂直長度方向上運 動,它的線密度又為多少?,結(jié)束,目錄,結(jié)束,目錄,結(jié)束,目錄,物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系:,物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系,他們的關(guān)系是:,愛因斯坦,(3)質(zhì)能方程,這就是著名的質(zhì)能方程,質(zhì)能方程表達了物體的質(zhì)量和它所具有的能量之間的關(guān)系.,物體的動能,運動時的能量,靜止時的能量,在v c時的一種近似,這就是動能表達式,例3 設(shè)電子的速度為 (1)1.0×106 m/s; (2) 2.0×108m/s,試計算電子的動能各是多 少?如用經(jīng)典力學(xué)公式計算電子動能又各為 多少?,結(jié)束,目錄,解: (1)按相對論計算,當(dāng)電子的速度為v1=1.0×106 m/s時的動能,結(jié)束,目錄,當(dāng)電子的速度為v2=1.0×108 m/s時的動能,結(jié)束,目錄,(2)按經(jīng)典力學(xué)計算,結(jié)束,目錄,例4 兩個氖核組成質(zhì)量數(shù)為4、原子量 為4.0015u 的氦核。試計算氦核放出的結(jié)合 能。,結(jié)束,目錄,氘核靜止質(zhì)量,其中u為原子質(zhì)量單位,結(jié)束,目錄,練3 太陽由于向四面空間輻射能量, 每秒損失了質(zhì)量 4×109kg。求太陽的輻 射功率。,結(jié)束,目錄,結(jié)束,目錄,練4 一個電子從靜止開始加速到0.1c 的 速度,需要對它作多少功?速度從0.9 c 加速 到0.99 c 又要作多少功?,結(jié)束,目錄,結(jié)束,目錄,結(jié)束,目錄,作業(yè),P108 1 2 3,