學(xué)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(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能 1 運(yùn)動(dòng)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(huì)到自洽性檢驗(yàn)是科學(xué)理論研究的一個(gè)基本方法 情感態(tài)度和價(jià)值觀 體會(huì)物理學(xué)中蘊(yùn)含的簡單與和諧之美 質(zhì)能方程 教學(xué)重點(diǎn) 難點(diǎn) 重點(diǎn) 三個(gè)公式難點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)速度的相對性變換 狹義相對論的其他三個(gè)結(jié)論 狹義相對論的三個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)間和空間坐標(biāo)表示 這樣 速度疊加公式就不再是絕對時(shí)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(yùn)動(dòng) 一質(zhì)點(diǎn)以u 相對s 沿x 軸而運(yùn)動(dòng) 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(shí)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 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(jié)束 目錄 解 1 設(shè)地球?yàn)閗系 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?yàn)閗系 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(yùn)動(dòng) 原子核在它運(yùn)動(dòng)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)光速不變原理 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(gè)物體的質(zhì)量為一常量 與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān) 但是在相對論理論里 質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí) 它的 運(yùn)動(dòng) 質(zhì)量m為質(zhì)量隨速率增加而變大 實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了這個(gè)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(shí) 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(yuǎn)小于真空中的光速 2 相對論質(zhì)量 物體的運(yùn)動(dòng)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(yán)格的論證表明 物體高速 與光速相比 運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與它靜止時(shí)的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系 m為運(yùn)動(dòng)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(shí)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(fù)電子對撞機(jī)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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 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(dá)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(dòng)能 運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量 靜止時(shí)的能量 在v c時(shí)的一種近似 這就是動(dòng)能表達(dá)式 例3設(shè)電子的速度為 1 1 0 106m s 2 2 0 108m s 試計(jì)算電子的動(dòng)能各是多少 如用經(jīng)典力學(xué)公式計(jì)算電子動(dòng)能又各為多少 結(jié)束 目錄 解 1 按 相對論 計(jì)算 當(dāng)電子的速度為v1 1 0 106m s時(shí)的動(dòng)能 結(jié)束 目錄 當(dāng)電子的速度為v2 1 0 108m s時(shí)的動(dòng)能 結(jié)束 目錄 2 按 經(jīng)典力學(xué) 計(jì)算 結(jié)束 目錄 例4兩個(gè)氖核組成質(zhì)量數(shù)為4 原子量為4 0015u的氦核 試計(jì)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 109k