【步步高】2014-2015学年高中物理 15.3-15.4 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介课件 新人教版选修3-4.ppt
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1、第十五章 相对论简介15.3-15.4 狭义相对论的其他结论广义相对论简介1.知道相知道相对论对论速度速度变换变换公式、相公式、相对论质对论质量和量和质质能方程能方程.2.了解广了解广义义相相对论对论的基本原理的基本原理.3.初初步步了了解解广广义义相相对对论论的的几几个个主主要要结结论论以以及及主主要要观观测测证证据据.学习目标定位学习目标定位一、相对论速度变换公式问题设计问题设计一一列列火火车车正正以以v50 m/s的的速速度度高高速速行行驶驶,列列车车内内一一乘乘客客以以相相对对列列车车u5 m/s的的速速度度向向前前跑跑,站站台台上上的的观观察察者者测测得得该该乘乘客客的的速速度度是是
2、uvu55 m/s.若若列列车车的的速速度度是是0.9c,乘乘客客的的速速度度是是0.5c,那那么么站站台台上上的的观观察察者者测测得得该该乘客的速度是乘客的速度是0.9c0.5c1.4c吗吗?答案答案不是不是.光速光速c是极限速度是极限速度.要点提炼要点提炼1.公公式式:设设高高速速行行驶驶的的火火车车对对地地面面的的速速度度为为v,车车上上的的人人相相对对火火车车以速度以速度u运运动动,那么人相,那么人相对对地面的速度地面的速度为为u.一、相对论速度变换公式(人相人相对对于于车车的运的运动动方向与方向与车车同向同向).(人相人相对对于于车车的运的运动动方向与方向与车车反向反向).2.对对公
3、式的理解公式的理解假假设设高高速速火火车车对对地地面面的的速速度度为为v,车车上上的的一一高高速速粒粒子子以以速速度度u沿沿火火车车前前进进的的方方向向相相对对火火车车运运动动,那那么么此此粒粒子子相相对对于地面的速度于地面的速度u为为u .(1)若粒子运若粒子运动动方向与火方向与火车车运运动动方向相反,方向相反,则则u取取 值值.一、相对论速度变换公式负负(2)如如果果vc,uc时时,可可忽忽略略不不计计,这这时时相相对对论论的的速度速度变换变换公式可近似公式可近似为为 .(3)若若uc,vc,则则uc,表表明明一一切切物物体体的的速速度度都都不不能超能超过过光速光速.(4)该该变变换换公公
4、式式只只适适用用于于同同一一直直线线上上匀匀速速运运动动速速度度的的变变换换,对对于更复于更复杂杂的情况不适用的情况不适用.(5)光光速速c是是宇宇宙宙速速度度的的 ,且且相相对对任任何何参参考考系系,光光速速都是都是 的的.一、相对论速度变换公式uuv极限极限不不变变二、相对论质量和质能方程问题设计问题设计回回旋旋加加速速器器中中磁磁场场一一次次次次把把粒粒子子拉拉到到狭狭缝缝处处,狭狭缝缝处处的的电电场场一一次次次次加加速速带带电电粒粒子子.假假如如回回旋旋加加速速器器的的半半径径可可以以增增大大到到很很大大,磁磁感感应应强强度度足足够够大大,经经回回旋旋加加速速器器加加速速的的粒子的速度
5、可以达到任意速度甚至超粒子的速度可以达到任意速度甚至超过过光速光速吗吗?二、相对论质量和质能方程答案答案不可以很大,不可以超过光速不可以很大,不可以超过光速.因因为为回回旋旋加加速速器器的的理理论论基基础础是是粒粒子子在在磁磁场场中中做做圆圆周周运运动动的的周周期期(T )等等于于交交变变电电场场的的周周期期;速速度度较较小小时时粒粒子子的的质质量量m可可以以认认为为不不变变,周周期期T不不变变,电电场场变变化化与与粒粒子子圆圆周周运运动动同同步步,但但速速度度较较大大时时,质质量量增增大大明明显显,粒粒子子做做圆圆周周运运动动的的周周期期T变变大大,无无法法做做到到圆圆周周运运动动的的周周期
6、期与与交交变电场的周期同步变电场的周期同步.要点提炼要点提炼1.相对论质量相对论质量(1)经经典典力力学学:物物体体的的质质量量是是 的的,一一定定的的力力作作用用在在物物体体上上产产生生 的的加加速速度度,经经过过足足够够长长时时间间后后物物体体可可以以达到达到 的速度的速度.(2)相相对论对论:物体的:物体的质质量随物体速度的量随物体速度的 而而 .二、相对论质量和质能方程不不变变一定一定任意任意增加增加增大增大物物体体以以速速度度v运运动动时时的的质质量量m与与静静止止时时的的质质量量m0之之间间的的关系是:关系是:m .因因为为总总有有vc,所所以以运运动动物物体体的的质质量量m 它它
7、静静止止时时的的质质量量m0,但但当当vc时时,mm0,所所以以低低速速运运动动的的物物体体,可可认为认为其其质质量与运量与运动动速度无关速度无关.微微观观粒子的速度很大,因此粒子粒子的速度很大,因此粒子质质量明量明显显大于静大于静质质量量.二、相对论质量和质能方程总总要大于要大于2.质能方程质能方程关系式:关系式:,式中,式中m是是 ,E是是 .二、相对论质量和质能方程Emc2物体的物体的质质量量它具有的它具有的能量能量三、广义相对论简介问题设计问题设计1.在在一一个个全全封封闭闭的的宇宇宙宙飞飞船船中中,若若飞飞船船静静止止,宇宇航航员员将将一一小小球球自自由由释释放放,小小球球将将怎怎样
8、样运运动动?假假如如没没有有引引力力场场,飞飞船船加加速速上上升升,宇宇航航员员将将小小球球自自由由释释放放,小小球球相相对对飞飞船船会怎会怎样样运运动动?答案答案小球都是以某一加速度落向小球都是以某一加速度落向舱舱底底.三、广义相对论简介2.宇宇航航员员能能否否根根据据“小小球球的的加加速速下下落落”判判断断飞飞船船是是静静止止在在一一个个引引力力场场中中,还还是是正正处处在在一一个个没没有有引引力力场场而而正正加加速速上升的上升的过过程中?程中?答案答案不能不能.要点提炼要点提炼1.广义相对论的基本原理广义相对论的基本原理(1)广广义义相相对对性性原原理理:在在 中中,物物理理规规律律都都
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