高三物理狹義相對論其他結(jié)論PPT課件

1、15.315.3狹義相對論的狹義相對論的其他結(jié)論其他結(jié)論第1頁/共35頁教學目標 知識與技能： （1）運動速度的相對論變換 （2）相對論質(zhì)量 （3）質(zhì)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(zhì)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第2頁/共35頁狹義相對論的其他三個結(jié)論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的速度疊加公式相對論質(zhì)量相對論質(zhì)量質(zhì)能方程質(zhì)能方程第3頁/共35頁 (1)相對論的速度疊加相對論的速度疊加

2、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(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)。21cvuvuu第4頁/共35頁v vu車外的人看到車上人車外的人看到車上人相對地面的速度為：相對地面的速度為：21cvuvuu第5頁/共35頁例1 地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5l03 ms從

3、他身邊飛過，另一飛船B以速度2.0l08ms 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。 中國航天A中國航天B結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第6頁/共35頁1u=xvvc2uxux=1.125108 m/s 2.5108=2.01089.010162.51082.01081=ux2.0108 m/s =v2.5108 m/s 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系中的速度為中國航天A中國航天BKKuvx結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第7頁/共35頁 (2) 設(shè)地球為K系，飛船B為K系。由已知條件可知K

4、系相對K系是速度為=ux2.5108 m/s =v2.0108 m/s 飛船A 在K系中的速度為1u=xvvc2uxux=1.125108 m/s 2.0108=2.51089.010162.01082.51081飛船A在K系中的速度為中國航天A中國航天BKuxKvux結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第8頁/共35頁練習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(jié)束結(jié)束 目錄目錄第9頁/共35頁解：設(shè)觀測者為K系，原子核

5、為K系。電子在K系中的速度為：K系相對K系是速度為：0.8c=ux=v0.5c+=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c+1u=xvvc2uxux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)束結(jié)束 目錄目錄第10頁/共35頁 (2).(2).質(zhì)量和速率的關(guān)系質(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m m0 0是一常量，相對任何慣性系均為是一常量，相對

6、任何慣性系均為m m0 0，而物體以速度，而物體以速度運動時，它的運動時，它的( (運動運動) )質(zhì)量質(zhì)量m m為為 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。一切物體的速出，當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。度都永遠小于真空中的光速。201cvmm第11頁/共35頁(2)(2)相對論質(zhì)量相對論質(zhì)量 物體的運動速度不能無限增加，那么物體的質(zhì)物體的運動速度不能無限增加，那么物體

7、的質(zhì)量是否隨著速度而變化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：動時的質(zhì)量與它靜止時的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系：201cvmmm m為運動質(zhì)量為運動質(zhì)量m m0 0為靜止質(zhì)量為靜止質(zhì)量第12頁/共35頁質(zhì)速關(guān)系曲線質(zhì)速關(guān)系曲線第13頁/共35頁 微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于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)的影響對論效應(yīng)的影響19881988年，中國年，中國第一座高能粒子加第一座高能粒子加速

8、器速器北京正負北京正負電子對撞機首次對電子對撞機首次對撞成功撞成功第14頁/共35頁例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)束結(jié)束 目錄目錄第15頁/共35頁21=v21c20.866vc=23c2m0=v21c2m0解：結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第16頁/共35頁 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)束結(jié)束 目錄目錄第17頁/共35頁=v21c2m=v21c2ml=v21c2l解：(1)= lmm=lv21c

9、2()解得：結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第18頁/共35頁m=v21c2m=v21c2l=l(2)= lmm=lv21c2解得：結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第19頁/共35頁物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系：物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系： 物體的能量和質(zhì)物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：他們的關(guān)系是：愛因斯坦愛因斯坦（3 3）質(zhì)能方程）質(zhì)能方程這就是著名的質(zhì)能方程這就是著名的質(zhì)能方程2mcE 第20頁/共35頁 質(zhì)能方程表達了物體的質(zhì)量和它所具有的能質(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)系量之間的關(guān)系. .0EEEk2mcE 物體的動能物體的動能運動時的能量

10、運動時的能量靜止時的能量靜止時的能量201cvmm2021vmEk在在v v c c時的一種近時的一種近似似, ,這就是動能表達式這就是動能表達式第21頁/共35頁例3 設(shè)電子的速度為 (1)1.0106 m/s;(2) 2.0108m/s,試計算電子的動能各是多少？如用經(jīng)典力學公式計算電子動能又各為多少？ 結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第22頁/共35頁Em ck112=m c02=v21c2m c02m c021()=v21c2m c021= 4.5510-19 J=0.5111061.60210-19()11213001解： (1)按相對論計算當電子的速度為v1=1.0106 m/s時的動能結(jié)束結(jié)束

11、 目錄目錄第23頁/共35頁Em ck222=m c02=v21c2m c02m c021()=v21c2m c021= 2.7910-14 J=0.5111061.60210-19()11213.02.0當電子的速度為v2=1.0108 m/s時的動能結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第24頁/共35頁(2)按經(jīng)典力學計算m v12021Ek1=21 9.110-31 (1.0106 )2=1.8210-14 J=4.5510-19 J= 9.110-31 (1.0108 )221m v22021Ek2=結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第25頁/共35頁例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

12、氦核放出的結(jié)合能。 結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第26頁/共35頁m0= 2.0136u1u=1.65810-27 kg2=E mc=1.60210-191.65810-27 9.0101622.01364.0015()=23.9106 eV =23.9 MeVEHe2+H2H4解：氘核靜止質(zhì)量其中u為原子質(zhì)量單位結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第27頁/共35頁練3 太陽由于向四面空間輻射能量，每秒損失了質(zhì)量 4109kg。求太陽的輻射功率。 結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第28頁/共35頁= 3.61026 J/s=3.61026 W4109(3108)=21P=2 mct2 mc解：結(jié)束結(jié)束 目錄目錄第29頁/共35頁 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)束結(jié)束 目錄目錄第30頁/共35頁=v21c2m c02m c02()=v21c2m0c211()=1110.120.5111