學粵教版選修34 5.1 狹義相對論的基本原理課件（5)（32張）.ppt

第1節(jié)狹義相對論的基本原理 教學目標 知識與技能 1 運動速度的相對論變換 2 相對論質量 3 質能方程過程與方法 讓學生體會到自洽性檢驗是科學理論研究的一個基本方法 情感態(tài)度和價值觀 體會物理學中蘊含的簡單與和諧之美 質能方程 教學重點 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論 狹義相對論的三個重要結論 相對論的速度疊加公式 相對論質量 質能方程 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 內觀測 要用s 系的時間和空間坐標表示 在另一慣性系s內觀測 要用s系的時間和空間坐標表示 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兩系的坐標軸相平行 s 以速度 沿x軸而運動 一質點以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u c 則u c 如果u c 光速 則u c 與相對論的時空概念相協(xié)調 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 l03m s從他身邊飛過 另一飛船b以速度2 0 l08m s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 結束 目錄 解 1 設地球為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 結束 目錄 2 設地球為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 結束 目錄 練習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 結束 目錄 解 設觀測者為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 根據光速不變原理 光子的速度為c 結束 目錄 2 質量和速率的關系在經典物理的概念里 一個物體的質量為一常量 與物體的運動狀態(tài)無關 但是在相對論理論里 質量和運動的速度有關 物體的靜止質量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 質量m為質量隨速率增加而變大 實驗完全證實了這個公式 從質量和速度的關系式可以看出 當物體速度趨近于光速時 質量將趨向無限大 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 相對論質量 物體的運動速度不能無限增加 那么物體的質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 運動時的質量與它靜止時的質量之間有下面的關系 m為運動質量m0為靜止質量 質速關系曲線 微觀粒子的速度很高 它的質量明顯的大于靜止質量 在研究制造回旋加速器時必須考慮相對論效應的影響 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量為2m 問電子速度為多少 m 為電子的靜止質量 結束 目錄 結束 目錄 練2某人測得一靜止棒長為人質量為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 結束 目錄 結束 目錄 結束 目錄 物體的能量和質量之間存在著某種聯系 物體的能量和質量之間存在密切的聯系 他們的關系是 愛因斯坦 3 質能方程 這就是著名的質能方程 質能方程表達了物體的質量和它所具有的能量之間的關系 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設電子的速度為 1 1 0 106m s 2 2 0 108m s 試計算電子的動能各是多少 如用經典力學公式計算電子動能又各為多少 結束 目錄 解 1 按 相對論 計算 當電子的速度為v1 1 0 106m s時的動能 結束 目錄 當電子的速度為v2 1 0 108m s時的動能 結束 目錄 2 按 經典力學 計算 結束 目錄 例4兩個氖核組成質量數為4 原子量為4 0015u的氦核 試計算氦核放出的結合能 結束 目錄 氘核靜止質量 其中u為原子質量單位 結束 目錄 練3太陽由于向四面空間輻射能量 每秒損失了質量4 109k