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2017沪科版高中物理选修(3-4)第5章《新时空观的确立》ppt章末总结课件

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新时空观的确立
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第第5 5章章 新新时空观时空观 的确立的确立 章章末总结末总结 网络构建区 新时时空观观的确立 电电磁场场理论论引发发的怪异问问 题题 相 对对 论论 狭 义义 相 对对 论论 两条公设设 1 爱爱因斯坦相对对性原理 2 原理 几个 重要 结论结论 光速不变变 同时时的相对对性 相对论对论 速度变换变换 公式u 时间时间 是相对对的 t 新时时空观观的确立 相 对对 论论 狭 义义 相 对对 论论 几个 重要 结论结论 相对长对长 度公式l 相对质对质 量公式m 质质能关系 E mc2 相 对对 论论 广 义义 相 对对 论论 两个基本原理 广义相对性原理 等效原理 预预言与证实证实 时时空弯曲 光线线弯曲 引力 移 无穷穷的宇宙 宇宙的起源 宇宙的演化 红红 专题整合区 一 时空的相对性 二 相对论速度变换公式 三 质速关系和质能关系 一 时空的相对性 1 同时的相对性 在经经典物理学中 如果两个事件在一个参考系中认为认为 是同时时的 在另一个参考系中一定也是同时时的 而根 据狭义义相对论对论 的时时空观观 同时时是相对对的 2 时间间隔的相对性 与运动动的惯惯性系相对对静止的人认为认为 两个事件时间间时间间 隔 为为 t 地面观观察者测测得的时间间时间间 隔为为 t 则则两者之 间间 关系为为 t 3 长度的相对性 1 如果与杆相对对静止的人认为认为 杆长长是l 与杆相对对运 动动的人认为认为 杆长长是l 则则两者之间间的关系为为l l 2 一条沿自身长长度方向运动动的杆 其长长度总总比杆静止 时时的长长度短 例1 如图图1所示 你站在一条长长木杆 的中央附近 看到木杆落在地上时时是 两头头同时时着地 所以 你认为这认为这 木杆是 平着落到了地上 而此时飞飞时飞飞 小姐正以接近光速的速度 沿AB方向从木杆前面掠过过 她看到B端比A端先落到地 上 因而她认为认为 木杆是向右倾倾斜着落地的 她的看法是 否正确 图图1 解析 在静止的参考系中 A B两端同时时落地 而飞飞 飞飞是运动动的参考系 在她看来 沿运动动方向靠前的事 件先发发生 因此B端先落地 答案 正确 例2 某列长为长为 100 m的火车车 若以v 2 7 108 m s的 速度做匀速直线线运动动 则对则对 地面上的观观察者来说说其长长 度缩缩短了多少 解析 根据公式l l 知 长长度缩缩短了 l l l l 代入数据可得 l 56 4 m 答案 56 4 m 二 相对论速度变换公式 设设参考系对对地面的运动动速度为为v 参考系中的物体以速 度u 沿参考系运动动的方向相对对参考系运动动 那么物体 相对对地面的速度u为为 u 1 当物体运动动方向与参考系相对对地面的运动动方向相反时时 公式中的u 取负值负值 2 若物体运动动方向与参考系运动动方向不共线线 此式不可用 3 由上式可知 u一定比u v小 但当u c时时 可认认 为为u u v 这这就是低速下的近似 即经经典力学中的速 度叠加 4 当u v c时时 u c 证证明了光速是速度的极限 也 反证证了光速不变变原理 例3 设设想地球上有一观观察者测测得一宇宙飞飞船以0 60c 的速率向东飞东飞 行 5 0 s后该飞该飞 船将与一个以0 80c的速 率向西飞飞行的彗星相碰撞 试问试问 1 飞飞船中的人测测得彗星将以多大的速率向它运动动 解析 取地球为为S系 飞飞船为为S 系 向东为东为 x轴轴正向 则则S系相对对S 系的速度v 0 60c 彗星相对对S系的速 度ux 0 80c 由相对论对论 速度变换变换 公式可求得慧星相对对 飞飞船的速率ux 0 946c 即彗星以0 946c 的速率向飞飞船靠近 答案 0 946c 2 从飞飞船中的时钟时钟 来看 还还有多少时间时间 允许许它离开航 线线 以避免与彗星碰撞 解析 把t0 t0 0时时的飞飞船状态视为态视为 一个事件 把 飞飞船与彗星相碰视为视为 第二个事件 这这两个事件都发发生在 S 系中的同一地点 即飞飞船上 地球上的观观察者测测得 这这两个事件的时间间时间间 隔 t 5 0 s 根据时钟时钟 延缓缓效应应 可求出 t 由 t 5 0 s 解得 t 4 0 s 即从 飞飞船上的时钟时钟 来看 还还有4 0 s的时间时间 允许许它离开原来 的航线线 答案 4 0 s 返回 三 质速关系和质能关系 1 质速关系 物体的质质量会随物体的速度的增大而增加 物体以速 度v运动时动时 的质质量m与静止时时的质质量m0之间间的关系 m 1 v c时时 2 0此时时有m m0 也就是说说 低速运 动动的物体 可认为认为 其质质量与物体的运动动状态态无关 2 物体的运动动速率无限接近光速时时 其相对论质对论质 量也 将无限增大 其惯惯性也将无限增大 其运动动状态态的改变变 也就越难难 所以超光速是不可能的 2 质能关系 1 相对对于一个惯惯性参考系 以速度v运动动的物体其具有 的能量 E mc2 其中E0 m0c2为为物体相对对于参考系静止时时的能量 2 物体的能量变变化 E与质质量变变化 m的对应对应 关系为为 E mc2 例4 一被加速器加速的电电子 其能量为为3 00 109 eV 试试 问问 1 这这个电电子的动质动质 量是其静质质量的多少倍 解析 由相对论质对论质 能关系E mc2和E0 m0c2 可得电电子的动质动质 量m与静质质量m0之比为为 5 86 103 答案 5 86 103 2 这这个电电子的速率是多少 m0 9 1 10 31 kg c 3 108 m s 解析 由相对论质对论质 速关系m 可得 v 1 2 c 0 999 999 985c 答案 0 999 999 985c 返回 自我检测区 12345 12345 1 关于质质量和长长度 下列说说法中正确的是 A 物体的质质量与位置 运动动状态态无任何关系 是物体本身的属性 B 物体的质质量与位置 运动动状态态有关 只是在速度较较小的情况下 其影响可忽略不计计 C 物体的长长度与运动动状态态无关 是物体本身的属性 D 物体的长长度与运动动状态态有关 只是在速度较较小的情况下 其影 响可忽略不计计 解析 由相对论对论 原理可知B D正确 BD 12345 2 如图图2所示 假设设一辆辆由超强力电电池供电电的摩托车车和 一辆辆普通有轨电车轨电车 都被加速到接近光速 在我们们的 静止参考系中进进行测测量 哪辆车辆车 的质质量将增大 图图2 A 摩托车车 B 有轨电车轨电车 C 两者都增加 D 都不增加 12345 解析 在相对论对论 中普遍存在一种误误解 即认为认为 运动动物体的质质 量总总是随速度增加而增大 当速度接近光速时时 质质量要趋趋于 无穷穷大 其实实物体质质量增大只是发发生在给给它不断输输入能量的时时 候 而不一定是增加速度的时时候 对对有轨电车轨电车 能量通过导线过导线 从发电发电 厂源源不断输输入 而摩托车车的能源却是它自己带带的 有 能量不断从外界输输入有轨电车轨电车 但没有能量从外界输给输给 摩托 车车 能量对应对应 于质质量 所以有轨电车轨电车 的质质量将随速度增加而增 大 而摩托车车的质质量不会随速度增加而增大 答案 B 12345 3 火箭以 c的速度飞飞离地球 在火箭上向地球发发射一束 高能粒子 粒子相对对地球的速度为为 c 其运动动方向与 火箭的运动动方向相反 则则粒子相对对火箭的速度大小为为 A c B C c D 12345 解析 由u 可得 c 解得u c 负负号说说明与v方向相反 答案 C 12345 4 一个以2 108 m s的速度运动动着的球 半径为为a 试试 分析静止着的人观观察球会是什么样样的形状 解析 由长长度的相对对公式 有l l v一定 球沿运动动方向上的长长度减小 l 2a 2a 1 49a 垂直于球运动动方向 球的 12345 长长度不变为变为 2a 因此静止的人观观察球的形状会是长轴为长轴为 2a 短轴为轴为 1 49a的椭椭球体 答案 长轴为长轴为 2a 短轴为轴为 1 49a的椭椭球体 12345 5 电电子的静止质质量m0 9 11 10 31 kg 1 试试用焦耳和电电子伏为单为单 位来表示电电子的静质质能 解析 由质质能关系得 E0 m0c2 9 11 10 31 3 108 2 J 8 2 10 14 J eV 0 51 MeV 答案 8 2 10 14 J 0 51 MeV 12345 2 静止电电子经过经过 106 V电压电压 加速后 其质质量和速率各是 多少 解析 由能量关系得eU m m0 c2 解得m m0 kg 9 11 10 31 kg 2 69 10 30 kg 2 95m0 12345 结结果表明速度已非常大 所以由m 解得v c 0 94c 答案 2 95m0 0 94c
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上传时间: 2020-02-24

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