高中物理 6.4相對(duì)論的速度變換公式 質(zhì)能關(guān)系課件 教科版選修3-4.ppt

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相對(duì)論,科學(xué)的旗手—愛因斯坦,1909—1914 進(jìn)入大學(xué)工作 （蘇黎世、布拉格等地）,1914—1933 柏林大學(xué)教授、德國(guó)物理研究所所長(zhǎng)、院士,1916 提出廣義相對(duì)論,1933—1955 美國(guó)普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究所研究員,1955.4.18 逝世,1879-1955,相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，主要由愛因斯坦創(chuàng)立，分為狹義相對(duì)論(特殊相對(duì)論)和廣義相對(duì)論(一般相對(duì)論)。相對(duì)論的基本假設(shè)是光速不變?cè)?，相?duì)性原理和等效原理。相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。相對(duì)論極大的改變了人類對(duì)宇宙和自然的“常識(shí)性”觀念，提出了“同時(shí)的相對(duì)性”，“四維時(shí)空”“彎曲空間”等全新的概念。,第一節(jié) 牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性,慣性系：,牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系．,相對(duì)于這個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的 另一個(gè)參考系也是慣性系,在參考系中的物體F合=0時(shí)，物體保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)，這樣的參考系就叫慣性系。,思考：什么是非慣性系？,伽利略相對(duì)性原理：,力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。 這個(gè)論述叫做伽利略相對(duì)性原理 （又叫經(jīng)典相對(duì)性原理）,(3)表述三：任何慣性參考系都是平權(quán)的．,伽利略相對(duì)性原理的三種表述,(1)表述一：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的．,(2)表述二：通過任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)，都不可能發(fā)現(xiàn) 慣性系是處于絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)還是在做勻速直線運(yùn)動(dòng)．,經(jīng)典時(shí)空觀：（絕對(duì)時(shí)空觀）,時(shí)間和空間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響．,(1)同時(shí)的絕對(duì)性：在一個(gè)參考系中同時(shí)發(fā)生的事件， 在其他參考系中觀察也是同時(shí)的．,(2)時(shí)間間隔的絕對(duì)性：任何事件經(jīng)歷的時(shí)間在不同的參考系中測(cè)量都是相同的．,(3)長(zhǎng)度的絕對(duì)性：無論選用什么參考系，對(duì)空間兩點(diǎn)距離的測(cè)量結(jié)果是相同的．,(4)物體的質(zhì)量不隨物體的運(yùn)動(dòng)而改變．,因此，在經(jīng)典時(shí)空觀下，長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量這三個(gè)基本物理量都與參考系的選擇無關(guān)．,伽利略速度變換,在絕對(duì)時(shí)空觀下：,v＝u＋v′,v＝u－v′,在相對(duì)地面以速率u開行的車廂內(nèi)，某人相對(duì)于車廂以速率v′向前急跑時(shí)相對(duì)地面的速率,如果他向后跑時(shí)，相對(duì)于地面的速率,,例：如圖所示，在列車車廂的光滑水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m＝5 kg的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn)，現(xiàn)在給小球一個(gè)水平向前的F＝5 N的拉力作用，求經(jīng)10 s時(shí)，車廂里的觀察者和地面的觀察者看到小球的速度分別是多少？,【方法總結(jié)】 在兩個(gè)慣性系中，雖然觀察到的結(jié)果并不相同，一個(gè)10 m/s，另一個(gè)30 m/s，但我們卻應(yīng)用了同樣的運(yùn)動(dòng)定律和速度合成法則．,第二節(jié) 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè),狹義相對(duì)論提出的歷史背景,19世紀(jì)后半葉，關(guān)于電磁場(chǎng)的研究不斷深入，人們認(rèn)識(shí)到了光的電磁本質(zhì)．我們已經(jīng)知道，電磁波是以巨大且有限的速度傳播的，因此在電磁場(chǎng)的研究中不斷遇到一些矛盾，這些矛盾導(dǎo)致了相對(duì)論的出現(xiàn)．,矛盾之一：光速問題,對(duì)慣性系S，光源發(fā)出的光速是c,對(duì)慣性系S’，光源發(fā)出的光速是c-v,若慣性系S’相對(duì)于S以速度v 運(yùn)動(dòng),,為什么電磁規(guī)律對(duì)兩個(gè)慣性系不一樣了呢？,為什么呢？？?,狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè),狹義相對(duì)性原理,物理規(guī)律(力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等)對(duì)于 所有慣性系都具有相同的形式,愛因斯坦把伽利略的力學(xué)相對(duì)性原理推廣到了 電磁物理規(guī)律和一切其他物理規(guī)律，成為第一 個(gè)假設(shè)．,狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè),光速不變?cè)?在任何慣性系中，光在真空中的速度恒為c， 與光源的運(yùn)動(dòng)和觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)無關(guān),光速不變?cè)砼c伽利略速度疊加原理是針鋒 相對(duì)的，具有觀念上的革命性．,例.下列幾種說法： ①所有慣性系統(tǒng)對(duì)物理基本規(guī)律都是等價(jià)的． ②在真空中，光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)． ③在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同． 關(guān)于上述說法( ),A．只有①②是正確的 B．只有①③是正確的 C．只有②③是正確的 D．三種說法都是正確的,D,例.,CD,第三節(jié) 時(shí)間、長(zhǎng)度的相對(duì)性,同時(shí)的相對(duì)性,在一個(gè)參考系中觀察同時(shí)發(fā)生的兩件事，在另一參考系中觀察不同時(shí)發(fā)生,在車廂內(nèi)觀察,在站臺(tái)上觀察,狹義相對(duì)論簡(jiǎn)介,,,,,,,,,根據(jù)光速不變假設(shè)，二人說法都是對(duì)的。因此，對(duì)不同的觀察者來說，“同時(shí)”是相對(duì)的,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,光源,我看到閃光到達(dá)車廂的前壁和后壁是“同時(shí)”的,我看到閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁,到底是誰錯(cuò)了？,同時(shí)的相對(duì)性,,如果在車廂運(yùn)動(dòng)的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，在光到達(dá)車壁時(shí)間內(nèi)，車廂運(yùn)動(dòng)的距離觀察不出來，所以經(jīng)典時(shí)空觀中的同時(shí)的絕對(duì)性是在參考系低速運(yùn)動(dòng)的情況下得出的結(jié)論。,例：如圖所示，沿鐵道排列的A、B兩電桿正中央安裝一閃光裝置C，光信號(hào)到達(dá)A電桿稱為事件1，到達(dá)B電桿稱為事件2.則( ) A．在地面觀察者看來，事件1比事件2先發(fā)生；從車廂中觀察者看來，事件1、2同時(shí)發(fā)生 B．在地面觀察者看來，事件1比事件2后發(fā)生；從車廂中觀察者看來，事件1、2同時(shí)發(fā)生 C．在地面觀察者看來，事件1、2同時(shí)發(fā)生；從車廂中觀察者看來，事件2比事件1后發(fā)生 D．在地面觀察者看來，事件1、2同時(shí)發(fā)生；從車廂中觀察者看來，事件2比事件1先發(fā)生,D,運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘的變慢,,固有時(shí)為,在站臺(tái)上觀測(cè),,時(shí)間間隔為,由狹義相對(duì)論導(dǎo)出時(shí)間變換公式：,注意：,（1）時(shí)鐘延緩效應(yīng)并不是鐘由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生了物理結(jié)構(gòu)上的變化，而是由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同觀測(cè)者對(duì)時(shí)間進(jìn)行量度時(shí)引起的一種觀測(cè)效應(yīng)。,（2）當(dāng)u遠(yuǎn)小于光速時(shí)，時(shí)間間隔相差很小，這就是人們能夠接受經(jīng)典時(shí)空觀的原因。,例：哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開地球去遨游太空，經(jīng)過一段時(shí)間返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多．則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是( ) A．哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止生長(zhǎng)了 B．弟弟思念哥哥而加速生長(zhǎng)了 C．由相對(duì)論可知，物體速度越大，在其上時(shí)間進(jìn)程就越慢，生理過程也越慢 D．這是神話，科學(xué)無法解釋,C,孿生子佯謬,一臺(tái)以反物質(zhì)為燃料的時(shí)間機(jī)器，如果它以接近光速的速度向銀河系中央飛去，那么它將用21年的時(shí)間抵達(dá)目的地，而根據(jù)相對(duì)論原理，地球上的時(shí)間在此期間卻已過去了3萬年。,一對(duì)孿生子中的一個(gè)進(jìn)行星際旅行，另一個(gè)則呆在地球上。作為宇航員的哥哥乘飛船高速飛離地球，當(dāng)他返回地球時(shí)，他比呆在地球上的弟弟年紀(jì)要小。,例：地面上A、B兩處同時(shí)發(fā)生爆炸．對(duì)于坐在火箭中沿A、B發(fā)生地點(diǎn)的連線飛行的人來說，哪個(gè)爆炸先發(fā)生？,例：如下圖所示，你站在水平木桿AB的中央附近，并且看到木桿落到地面上時(shí)是兩端同時(shí)著地的，所以，你認(rèn)為這木桿是平著落到了地面上；而此時(shí)飛飛小姐正以接近光速的速度從你前面掠過，她看到B端比A端先落地，因而她認(rèn)為木桿是向右傾斜著落地的，她的看法是( ),A．對(duì)的 B．錯(cuò)的 C．她應(yīng)感覺到木桿在朝她運(yùn)動(dòng) D．她應(yīng)感覺到木桿在遠(yuǎn)離她運(yùn)動(dòng),AC,長(zhǎng)度的相對(duì)性,狹義相對(duì)論簡(jiǎn)介,,,,,,,,,,,,我在同時(shí)測(cè)量M、N兩點(diǎn)的坐標(biāo)！,你為什么對(duì)N端讀數(shù)早、對(duì)M端讀數(shù)遲呢？,長(zhǎng)度的相對(duì)性,長(zhǎng)度的相對(duì)性：一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止時(shí)的長(zhǎng)度小,,,又是誰錯(cuò)了？,,一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比 靜止時(shí)的長(zhǎng)度小 (動(dòng)棒縮短）,注意：,（1）長(zhǎng)度收縮是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的觀測(cè)效應(yīng)，棒的本身沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)的變化。,（2）由公式當(dāng)V等于c 時(shí)，長(zhǎng)度為0，當(dāng)Vc時(shí)，L為負(fù)值，沒有意義，說明光速C是物體運(yùn)動(dòng)速率的極限,例：慣性系S中有一邊長(zhǎng)為l的正方形(如圖A所示)，從相對(duì)S系沿x方向以接近光速飛行的飛行器上測(cè)得該正方形的圖象是( ),C,狹義相對(duì)論簡(jiǎn)介,時(shí)鐘變慢,長(zhǎng)度縮短,,,,,,孿生子佯謬,,小 結(jié),第四節(jié) 狹義相對(duì)論的其它結(jié)論,狹義相對(duì)論的其它結(jié)論,,,,,,,相對(duì)論速度變換公式,相對(duì)論 質(zhì)量,質(zhì)能方程,一定的質(zhì)量相對(duì)應(yīng)于一定的能量,相對(duì)論質(zhì)量是能量的量度,