高速世界課件

1、第1節(jié) 高速世界,太陽(yáng),,,,第6章 相對(duì)論與量子論初步,,1.初步了解愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論的背景，理解并掌握狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)的內(nèi)容。,2.了解“同時(shí)”的相對(duì)性，掌握長(zhǎng)度的相對(duì)性和時(shí)間間隔的相對(duì)性。,3.了解相對(duì)論速度變化公式,4.了解相對(duì)論質(zhì)量變化公式,5. 知道質(zhì)能方程，了解廣義相對(duì)性原理和等效原理及其幾個(gè)結(jié)論,在19世紀(jì)與20世紀(jì)之交（1900年前后），許多人認(rèn)為物理學(xué)這座莊嚴(yán)雄偉、動(dòng)人心弦的科學(xué)殿堂已經(jīng)基本建成了。只是“物

2、理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，漂浮著兩朵小小的令人不安的烏云?！?兩朵烏云：邁克爾孫—莫雷實(shí)驗(yàn) 熱輻射實(shí)驗(yàn),邁入新世界,高速世界的兩個(gè)基本原理,相對(duì)論主要是關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間空間關(guān)系的理論.其中局限于慣性參考系的理論稱(chēng)為狹義相對(duì)論，推廣到一般參考系和包括引力場(chǎng)在內(nèi)的理論稱(chēng)為廣義相對(duì)論. 提出原因：邁克爾孫—莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)論與經(jīng)典時(shí)空觀(guān)及衍生出的以太學(xué)說(shuō)相違背. Einstein通過(guò)對(duì)電磁理論研究，意識(shí)到實(shí)驗(yàn)的困境是由于時(shí)空觀(guān)造成

3、的.于是，他徹底拋棄“以太”的概念，提出相對(duì)論的兩條基本假設(shè).基于這兩條基本假設(shè)，愛(ài)因斯坦建立了狹義相對(duì)論，把物理學(xué)推進(jìn)到高速領(lǐng)域.,相對(duì)論,經(jīng)典時(shí)空觀(guān),時(shí)間和空間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的影響,經(jīng)典時(shí)空觀(guān)的幾個(gè)基本結(jié)論：,① 同時(shí)的絕對(duì)性② 時(shí)間間隔的絕對(duì)性③ 空間距離的絕對(duì)性,經(jīng)典時(shí)空觀(guān)與相對(duì)論時(shí)空觀(guān),相對(duì)論時(shí)空觀(guān),狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 相對(duì)性原理 ——所有的物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形

4、式 光速不變?cè)?——在一切慣性參照系中，測(cè)量到的真空中的光速c都是一樣的,① 時(shí)間延緩效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢② 長(zhǎng)度收縮效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)的尺子縮短③ 質(zhì)速關(guān)系：物體質(zhì)量隨著速度的增大而增大④ 質(zhì)能關(guān)系：質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可分離的屬性,【注意】只有高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，以上效應(yīng)才明顯,狹義相對(duì)論的基本結(jié)論,時(shí)間延緩效應(yīng),分析： 在此過(guò)程中，車(chē)上的鐘走過(guò)的時(shí)間為 ，稱(chēng)固有時(shí).靜止在地面上的觀(guān)察者看來(lái)，由于列車(chē)在高速行駛測(cè)得該

5、過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間為,設(shè)車(chē)廂高度為h，列車(chē)行駛速度為v,則,,【答案】C時(shí)鐘走最慢，A走最快。,例1：A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個(gè)火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行， vB<vC，地面上的觀(guān)察者認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢？哪個(gè)走得最快？,長(zhǎng)度收縮效應(yīng),設(shè)一個(gè)一維物體，相對(duì)于它靜止的觀(guān)測(cè)者測(cè)其長(zhǎng)度為 l(靜止長(zhǎng)度或固有長(zhǎng)度)，該物體相對(duì)另一慣性系沿自身長(zhǎng)度方向以勻速ν運(yùn)動(dòng)，則在此慣性系中的觀(guān)

6、察者測(cè)該物體的長(zhǎng)度為：,質(zhì)速關(guān)系,當(dāng)物體在所處的慣性系靜止時(shí)，它具有最小的質(zhì)量m0,這個(gè)質(zhì)量叫靜止質(zhì)量.若物體以速度ν相對(duì)某慣性系運(yùn)動(dòng)時(shí)，在這個(gè)慣性系觀(guān)測(cè)它的質(zhì)量為：,高速運(yùn)動(dòng)的物體其質(zhì)量測(cè)得值會(huì)非常大，并隨著速度趨于光速c而無(wú)限增大.,但事實(shí)告訴我們，一個(gè)真實(shí)的物體質(zhì)量是確定值、有限大,結(jié)論：一個(gè)真實(shí)的、靜止質(zhì)量不為零的物體，相對(duì)任何慣性的運(yùn)動(dòng)速度都不可能達(dá)到或超過(guò)光速c.,表明：,質(zhì)能關(guān)系,按照相對(duì)論及基本力學(xué)定律可推導(dǎo)出質(zhì)量

7、和能量具有如下關(guān)系：,------著名的質(zhì)能關(guān)系式,說(shuō)明：,（1）質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可分離的屬性；,（2）能量變化量和質(zhì)量變化量關(guān)系式為：,,（3）任何靜質(zhì)量不為零的物體都貯存著巨大的能量：,愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論原理（1916年） 在任何參考系中(包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是相同的，稱(chēng)為廣義相對(duì)性原理。,等效原理： 一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。,物質(zhì)的引力使光線(xiàn)發(fā)生彎曲，引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程

8、出現(xiàn)差別,1.1905年愛(ài)因斯坦提出了狹義相對(duì)論，狹義相對(duì)論的出發(fā)點(diǎn)是以?xún)蓷l基本假設(shè)為前提的，這兩條基本假設(shè)是（ ） A.同時(shí)的絕對(duì)性與同時(shí)的相對(duì)性 B.運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢與運(yùn)動(dòng)的尺子縮短C.時(shí)間間隔的絕對(duì)性與空間距離的絕對(duì)性 D.相對(duì)性原理與光速不變?cè)?D,2.為了直接驗(yàn)證愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論中著名的質(zhì)能方程E=mc2 ，科學(xué)家用中子轟擊鈾原子，分別測(cè)出原子捕獲中子前后

9、質(zhì)量的變化以及核反應(yīng)過(guò)程放出的能量，然后進(jìn)行比較，精確驗(yàn)證了質(zhì)能方程的正確性。設(shè)捕獲中子前的原子質(zhì)量為m1，捕獲中子后的原子質(zhì)量為m2，被捕獲的中子質(zhì)量為m3，核反應(yīng)過(guò)程放出的能量為ΔE，則這一實(shí)驗(yàn)需驗(yàn)證的關(guān)系式是 ( ) A. ΔE=(m1－m2－m3)c2 B. ΔE=(m1+m3－m2)c2 C. ΔE=( m2－m1－m3)c2 D. ΔE=( m2－m1+m3)c2,B,3.如圖所示，按照狹義

10、相對(duì)論的觀(guān)點(diǎn)，火箭B是“追趕”光的；火箭A是“迎著”光飛行的，若火箭相對(duì)地面的速度為v，則兩火箭上的觀(guān)察者測(cè)出的光速分別為 ( )A． , B． , C． , D．無(wú)法確定,,,B,,,A,B,,,,,相對(duì)論時(shí)空觀(guān),狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)相對(duì)性原理 ——所有的物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相