高中物理 5.3-5.5課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,一、狹義相對論的其他結論 1.相對論質量 (1)經(jīng)典力學:物體的質量是不變的。 (2)相對論:物體的質量隨物體速度的增加而增大, 2.質能方程 一定的質量與一定的能量相對應,兩者存在簡單的正比關系,即E=mc2,式中m是物體的質量,E是它具有的能量。,,,,目標導航,預習導引,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:若如圖車上人的運動方向與火車運動方向相反,式中u取負值,若兩者運動方向垂直或成其他角度,上式不適用。,,目標導航,預習導引,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。但當速度接近真空中的光速時就要考慮相對論速度合成公式。,目標導航,預習導引,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:一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。 (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.廣義相對論的幾個結論及相關實驗驗證 (1)光線在引力場中偏轉。 (2)引力紅移:引力場的存在使空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別,而使矮星表面原子發(fā)光頻率偏低。 (3)水星軌道近日點的進動。,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,三、宇宙學簡介 1.1929年,美國天文學家哈勃通過觀測發(fā)現(xiàn)一些星系在彼此退行和遠離,這說明宇宙正在膨脹。 2.20世紀40年代,美籍蘇聯(lián)科學家伽莫夫提出了宇宙大爆炸學說。 3.目前,科學家們已經(jīng)計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,遷移應用,一、狹義相對論的其他結論 1.由相對論速度合成公式 可忽略不計,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動速度的極限,只能無限趨近,永遠不能達到和超過。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,3.對于質速關系 (1)這個關系式表明:物體的質量會隨物體速度的增大而增大。 (2)u?c時, ,此時有m=m0,也就是說:低速運動的物體,可認為其質量與物體運動狀態(tài)無關。 (3)微觀粒子的速度很高,因此粒子運動的質量明顯大于靜質量。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,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,遷移應用,【例1】 一個電子被電壓為106 V的電場加速后,其質量為多少?速率為多少? (導學號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,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一觀察者測出電子質量為2m0,其中m0為電子的靜止質量,求電子速度為多少? (導學號51150084) 答案:0.866c 解析:將m=2m0代入質量公式,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,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。 2.一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。這意味著,一個非慣性系可以看成一個慣性系,只不過它的后面有一個均勻的引力場。因為慣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動,如果參考系是加速向上運動的,我們將會觀察到靜止的物體也“向下”運動,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。請分析這些物體運動的原因及由此得到的結論。 (導學號51150085) 解答飛船內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離任何天體的空間加速飛行,也可能是由于飛船處于某個星球的引力場中。實際上飛船內部的任何物理過程都不能告訴我們飛船到底是加速運動還是停泊在一個行星的表面。 這個事實使我們想到:一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,(多選)下列說法中正確的是( ) A.物質的引力使光線彎曲 B.光線彎曲的原因是介質不均勻而非引力作用 C.在強引力的星球附近,時間進程會變慢 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基本假設可以得出:物質的引力使光線彎曲;引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別,如在矮星表面的引力很強,那里的時間進程變慢,從而導致引力紅移,所以正確的選項為A、C、D。,