《人教版高中物理 15.3《狭义相对论的其他结论》课件 新人教选修34.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版高中物理 15.3《狭义相对论的其他结论》课件 新人教选修34.ppt（35页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、高中物理新人教版选修-4系列课件2021/8/9 星期一115.3狭义相对论的其他结论2021/8/9 星期一2教学目标教学目标 知识与技能：知识与技能：（1）运动速度的相对论变换）运动速度的相对论变换（2）相对论质量）相对论质量（3）质能方程）质能方程过程与方法：过程与方法：让学生体会到自洽性检验是科学理论研究的一个基本方法。让学生体会到自洽性检验是科学理论研究的一个基本方法。情感态度和价值观：情感态度和价值观：体会物理学中蕴含的简单与和谐之美（质能方程）体会物理学中蕴含的简单与和谐之美（质能方程）教学重点、难点教学重点、难点 ：重点：三个公式重点：三个公式难点：运动速度的相对性变换难点：运
2、动速度的相对性变换2021/8/9 星期一3狭义相对论的其他三个结论狭义相对论的其他三个结论狭义相对论的三个重要结论狭义相对论的三个重要结论相对论的速度叠加公式相对论的速度叠加公式相对论质量相对论质量质能方程质能方程2021/8/9 星期一4(1)相对论的速度叠加相对论的速度叠加由于时间和空间的相对性，对由于时间和空间的相对性，对于物体的速度，在某一惯性系于物体的速度，在某一惯性系S内观测，要用内观测，要用S系的系的时间和空间坐标表示；在另一惯性系时间和空间坐标表示；在另一惯性系S内观测，要用内观测，要用S系的时间和空间坐标表示。这样，速度叠加公式就不系的时间和空间坐标表示。这样，速度叠加公式
3、就不再是绝对时空的速度叠加公式了。假如再是绝对时空的速度叠加公式了。假如S和和S两系的两系的坐标轴相平行，坐标轴相平行，S以速度以速度沿沿x轴而运动，一质点以轴而运动，一质点以u相对相对S沿沿x轴而运动，则相对轴而运动，则相对S，其速度，其速度u为为这是相对论的速度叠加公式。如果这是相对论的速度叠加公式。如果uc，则，则uc；如；如果果uc(光速光速)，则，则uc与相对论的时空概念相协调。与相对论的时空概念相协调。2021/8/9 星期一5v v车外的人看到车上人车外的人看到车上人相对地面的速度为：相对地面的速度为：2021/8/9 星期一6例例1 地球上一观察者，看见一飞船地球上一观察者，看
4、见一飞船A以速以速度度2.5l03 ms从他身边飞过，另一飞船从他身边飞过，另一飞船B以速度以速度2.0l08ms 跟随跟随A飞行。求：飞行。求：（1）A上的乘客看到上的乘客看到B的相对速度；的相对速度；（2）B上的乘客看到上的乘客看到A的相对速度。的相对速度。中国航天A中国航天B结束结束 目录目录2021/8/9 星期一71u=xvvc2uxux=1.125108 m/s 2.5108=2.01089.010162.51082.01081=ux2.0108 m/s=v2.5108 m/s 解：解：(1)设地球为设地球为K系，飞船系，飞船A为为K系。由系。由已知条件可知已知条件可知K系相对系相
5、对K系是速度为系是速度为飞船飞船B 在在K系中的速度为系中的速度为飞船飞船B 在在K系中的速度为系中的速度为中国航天A中国航天BKKuvx结束结束 目录目录2021/8/9 星期一8 (2)设地球为K系，飞船B为K系。由已知条件可知K系相对K系是速度为=ux2.5108 m/s=v2.0108 m/s 飞船飞船A 在在K系中的速度为系中的速度为1u=xvvc2uxux=1.125108 m/s 2.0108=2.51089.010162.01082.51081飞船飞船A在在K系中的速度为系中的速度为中国航天A中国航天BKuxKvux结束结束 目录目录2021/8/9 星期一9练习练习1 一原子
6、核以一原子核以0.5c 的速度离开一观察的速度离开一观察者而运动。原子核在它运动方向上向前发射者而运动。原子核在它运动方向上向前发射一电子，该电子相对于核有一电子，该电子相对于核有0.8c 的速度；此的速度；此原子核又向后发射了一光子指向观察者。对原子核又向后发射了一光子指向观察者。对静止观察者来讲，静止观察者来讲，（1）电子具有多大的速度；）电子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。）光子具有多大的速度。结束结束 目录目录2021/8/9 星期一10解：设观测者为解：设观测者为K系，原子核为系，原子核为K系。系。电子在电子在K系中的速度为：系中的速度为：K系相对K系是速度为：0.8c=u
7、x=v0.5c+=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c+1u=xvvc2uxux电子在电子在K 系中的速度为：系中的速度为：根据光速不便原理，光子的速度为根据光速不便原理，光子的速度为 c 。结束结束 目录目录2021/8/9 星期一11(2).(2).质量和速率的关系质量和速率的关系 在经典物理的概念里，在经典物理的概念里，一个物体的质量为一常量，与物体的运动状一个物体的质量为一常量，与物体的运动状态无关。但是在相对论理论里，质量和运动态无关。但是在相对论理论里，质量和运动的速度有关。物体的静止质量的速度有关。物体的静止质量m0m0是一常量，是一常量，相对任何惯性系均为相对任何惯性系
8、均为m0m0，而物体以速度，而物体以速度运运动时，它的动时，它的(运动运动)质量质量m m为为质量随速率增加而变大，实验完全证实了这质量随速率增加而变大，实验完全证实了这个公式。从质量和速度的关系式可以看出，个公式。从质量和速度的关系式可以看出，当物体速度趋近于光速时，质量将趋向无限当物体速度趋近于光速时，质量将趋向无限大。这是不可能的。一切物体的速度都永远大。这是不可能的。一切物体的速度都永远小于真空中的光速。小于真空中的光速。2021/8/9 星期一12(2)(2)相对论质量相对论质量 物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？量
9、是否随着速度而变化？严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：m m为运动质量为运动质量m0m0为静止质量为静止质量2021/8/9 星期一13质速关系曲线质速关系曲线2021/8/9 星期一14 微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量在研究制造回旋加速器时必须考虑相静止质量在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响对论效应的影响19881988年，中国第一年，中国第一座高能粒子加速器座高能粒子加速器北京正负电子对撞机首
10、北京正负电子对撞机首次对撞成功次对撞成功2021/8/9 星期一15例例2 如一观察者测出电子质量为如一观察者测出电子质量为2m。，。，问电子速度为多少？（问电子速度为多少？（m。为电子的静止质。为电子的静止质量）量）结束结束 目录目录2021/8/9 星期一1621=v21c20.866vc=23c2m0=v21c2m0解：解：结束结束 目录目录2021/8/9 星期一17 练练2 某人测得一静止棒长为人质量为某人测得一静止棒长为人质量为m，于是求得此棒线密度为于是求得此棒线密度为=m/l 。假定此棒。假定此棒以速度以速度 v 在棒长方向上运动，此人再测棒的在棒长方向上运动，此人再测棒的线密
11、度应为多少，若棒在垂直长度方向上运线密度应为多少，若棒在垂直长度方向上运动，它的线密度又为多少？动，它的线密度又为多少？结束结束 目录目录2021/8/9 星期一18=v21c2m=v21c2ml=v21c2l解：解：(1)=lmm=lv21c2()解得：解得：结束结束 目录目录2021/8/9 星期一19m=v21c2m=v21c2l=l(2)=lmm=lv21c2解得：解得：结束结束 目录目录2021/8/9 星期一20物体的能量和质量之间存在着某种联系：物体的能量和质量之间存在着某种联系：物体的能量和质物体的能量和质量之间存在密切的联系，量之间存在密切的联系，他们的关系是：他们的关系是：
12、爱因斯坦爱因斯坦（3 3）质能方程）质能方程这就是著名的质能方程这就是著名的质能方程2021/8/9 星期一21 质能方程表达了物体的质量和它所具有的能质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系量之间的关系.物体的动能物体的动能运动时的能量运动时的能量静止时的能量静止时的能量在在v v c c时的一种近时的一种近似似,这就是动能表达式这就是动能表达式2021/8/9 星期一22例例3 设电子的速度为设电子的速度为(1)1.0106 m/s;(2)2.0108m/s,试计算电子的动能各是多试计算电子的动能各是多少？如用经典力学公式计算电子动能又各为少？如用经典力学公式计算电子动能又各为多
13、少？多少？结束结束 目录目录2021/8/9 星期一23Em ck112=m c02=v21c2m c02m c021()=v21c2m c021=4.5510-19 J=0.5111061.60210-19()11213001解：解：(1)按按相对论相对论计算计算当电子的速度为当电子的速度为v1=1.0106 m/s时的动能时的动能结束结束 目录目录2021/8/9 星期一24Em ck222=m c02=v21c2m c02m c021()=v21c2m c021=2.7910-14 J=0.5111061.60210-19()11213.02.0当电子的速度为当电子的速度为v2=1.01
14、08 m/s时的动能时的动能结束结束 目录目录2021/8/9 星期一25(2)按经典力学计算m v12021Ek1=21 9.110-31(1.0106)2=1.8210-14 J=4.5510-19 J=9.110-31(1.0108)221m v22021Ek2=结束结束 目录目录2021/8/9 星期一26例例4 两个氖核组成质量数为两个氖核组成质量数为4、原子量、原子量为为4.0015u 的氦核。试计算氦核放出的结合的氦核。试计算氦核放出的结合能。能。结束结束 目录目录2021/8/9 星期一27m0=2.0136u1u=1.65810-27 kg2=E mc=1.60210-191
15、.65810-27 9.0101622.01364.0015()=23.9106 eV=23.9 MeVEHe2+H2H4解：解：氘核静止质量氘核静止质量其中其中u为原子质量单位为原子质量单位结束结束 目录目录2021/8/9 星期一28练练3 太阳由于向四面空间辐射能量，太阳由于向四面空间辐射能量，每秒损失了质量每秒损失了质量 4109kg。求太阳的辐。求太阳的辐射功率。射功率。结束结束 目录目录2021/8/9 星期一29=3.61026 J/s=3.61026 W4109(3108)=21P=2 mct2 mc解：解：结束结束 目录目录2021/8/9 星期一30 练练4 一个电子从静止
16、开始加速到一个电子从静止开始加速到0.1c 的的速度，需要对它作多少功？速度从速度，需要对它作多少功？速度从0.9 c 加速加速到到0.99 c 又要作多少功？又要作多少功？结束结束 目录目录2021/8/9 星期一31=v21c2m c02m c02()=v21c2m0c211()=1110.120.511106=2.57103 eV=keV2.57=mc2m c02A解：解：(1)结束结束 目录目录2021/8/9 星期一32=2.45103 eV=keV2.45(2)=m c2m c12A2()=v21c2m0c212v21c211()=110.9920.511106110.92结束结束 目录目录2021/8/9 星期一33作业作业P108 1 2 32021/8/9 星期一342021/8/9 星期一35