高中物理 5.3-5.5課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,一、狹義相對論的其他結(jié)論 1.相對論質(zhì)量 (1)經(jīng)典力學(xué):物體的質(zhì)量是不變的。 (2)相對論:物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大, 2.質(zhì)能方程 一定的質(zhì)量與一定的能量相對應(yīng),兩者存在簡單的正比關(guān)系,即E=mc2,式中m是物體的質(zhì)量,E是它具有的能量。,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,3.相對論速度合成定理 (1)公式:如圖,火車行駛速度為v,人相對火車的速度是u(v和u同向),那么人相對地面的速度為 (2)說明:若如圖車上人的運(yùn)動方向與火車運(yùn)動方向相反,式中u取負(fù)值,若兩者運(yùn)動方向垂直或成其他角度,上式不適用。,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,如圖所示,小河中流水的速度是3 m/s,小船順流而下,由于劃船,它相對于水的速度是1 m/s,那么船相對于河岸的速度是多少?假設(shè)水流的速度是0.7c(c為真空中的光速),而小船相對于水的劃行速度是0.3c,還能這樣求船相對于河岸的速度嗎? 提示 如果物體的速度遠(yuǎn)小于真空中的光速,可以直接用u=u+v,求對地速度u。其中 v為參考系相對于地的速度,u為物體相對參考系的速度,u為物體對地速度。但當(dāng)速度接近真空中的光速時(shí)就要考慮相對論速度合成公式。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,二、廣義相對論 1.廣義相對論的基本原理 (1)等效原理:一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動的參考系等價(jià)。 (2)廣義相對性原理:在任何參考系中,物理規(guī)律都是相同的。 2.廣義相對論的幾個(gè)結(jié)論及相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 (1)光線在引力場中偏轉(zhuǎn)。 (2)引力紅移:引力場的存在使空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別,而使矮星表面原子發(fā)光頻率偏低。 (3)水星軌道近日點(diǎn)的進(jìn)動。,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,三、宇宙學(xué)簡介 1.1929年,美國天文學(xué)家哈勃通過觀測發(fā)現(xiàn)一些星系在彼此退行和遠(yuǎn)離,這說明宇宙正在膨脹。 2.20世紀(jì)40年代,美籍蘇聯(lián)科學(xué)家伽莫夫提出了宇宙大爆炸學(xué)說。 3.目前,科學(xué)家們已經(jīng)計(jì)算出了宇宙的大小和年齡分別是1.01026 m半徑2.01026 m、1.01010 年年齡2.51010 年。 4.一般說來,太陽系和銀河系大約起源于宇宙開始后的50億年,而地球則產(chǎn)生于47億年前。,,,,,,,,,,,,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、狹義相對論的其他結(jié)論 1.由相對論速度合成公式 可忽略不計(jì),相對論的速度合成公式可近似變?yōu)閡=u+v,這和我們在經(jīng)典力學(xué)中的相對速度變換是一樣的。 2.由公式可知光速是物體相對運(yùn)動速度的極限,只能無限趨近,永遠(yuǎn)不能達(dá)到和超過。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,3.對于質(zhì)速關(guān)系 (1)這個(gè)關(guān)系式表明:物體的質(zhì)量會隨物體速度的增大而增大。 (2)u?c時(shí), ,此時(shí)有m=m0,也就是說:低速運(yùn)動的物體,可認(rèn)為其質(zhì)量與物體運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。 (3)微觀粒子的速度很高,因此粒子運(yùn)動的質(zhì)量明顯大于靜質(zhì)量。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,根據(jù)相對論速度公式,如果u和v都很大,例如u=0.6c,v=0.6c,它們的合速度會不會超過光速?如果u和v更大些呢?,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 一個(gè)電子被電壓為106 V的電場加速后,其質(zhì)量為多少?速率為多少? (導(dǎo)學(xué)號51150083) 解析:電子被加速后的動能為 Ek=eU=1.610-19106 J=1.610-13 J 又Ek=mc2-m0c2 答案:2.6910-30 kg 0.94c,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一觀察者測出電子質(zhì)量為2m0,其中m0為電子的靜止質(zhì)量,求電子速度為多少? (導(dǎo)學(xué)號51150084) 答案:0.866c 解析:將m=2m0代入質(zhì)量公式,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,二、廣義相對論 1.在任何參考系中的物理規(guī)律都是相同的。這意味著慣性系中的運(yùn)動定律,在非慣性系中都是相同的,但要滿足相對性原理。 2.一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動的參考系等價(jià)。這意味著,一個(gè)非慣性系可以看成一個(gè)慣性系,只不過它的后面有一個(gè)均勻的引力場。因?yàn)閼T性和引力在非慣性系中是分不清的。這是相對論的等效原理。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,怎樣理解等效原理? 答案:我們可以從引力場和勻加速參考系產(chǎn)生的效果上來考慮等效原理,引力場的作用是使物體加速向下運(yùn)動,如果參考系是加速向上運(yùn)動的,我們將會觀察到靜止的物體也“向下”運(yùn)動,它們兩者產(chǎn)生的效果是一樣的,所以稱為等效原理。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 假如宇宙飛船是全封閉的,航天員與外界沒有任何聯(lián)系。但是航天員觀察到,飛船內(nèi)沒有支撐的物體都以某一加速度落向艙底。請分析這些物體運(yùn)動的原因及由此得到的結(jié)論。 (導(dǎo)學(xué)號51150085) 解答飛船內(nèi)沒有支撐的物體都以某一加速度落向艙底的原因可能是飛船正在向遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行,也可能是由于飛船處于某個(gè)星球的引力場中。實(shí)際上飛船內(nèi)部的任何物理過程都不能告訴我們飛船到底是加速運(yùn)動還是停泊在一個(gè)行星的表面。 這個(gè)事實(shí)使我們想到:一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動的參考系等價(jià)。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)下列說法中正確的是( ) A.物質(zhì)的引力使光線彎曲 B.光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用 C.在強(qiáng)引力的星球附近,時(shí)間進(jìn)程會變慢 D.廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象 答案:ACD 解析:從廣義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)可以得出:物質(zhì)的引力使光線彎曲;引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別,如在矮星表面的引力很強(qiáng),那里的時(shí)間進(jìn)程變慢,從而導(dǎo)致引力紅移,所以正確的選項(xiàng)為A、C、D。,