高中物理 高速世界

1、高中物理 高速世界第1頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第2頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第3頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第4頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第5頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四 1相對性原理 所有物理規(guī)律在一切 中都具有相同的形式。 2光速不變原理 在一切慣性參照系中，測量到的 都一樣。由這兩條假設(shè)所建立的理論叫做狹義相對論。慣性參照系高速世界的兩個基本原理真空中的光速c第6頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四 1對相對性原理的理解

2、(1)慣性系是指牛頓運動定律成立的參照系，相對于一個慣性系做勻速直線運動的另一個參照系也是慣性系。 (2)相對性原理表明：在某個慣性系中描述某個物理系統(tǒng)的某個物理過程的物理規(guī)律，在其他一切慣性系中對該系統(tǒng)該過程做出描述的物理規(guī)律皆保持形式不變。例如，在勻速飛行的飛機上觀測，上拋小球的運動遵循動能定理，那么在地面上(或在其他慣性系中)觀測，上拋小球的運動仍遵循同樣形式的動能定理。第7頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四 2光速不變原理的理解 光速不變原理表明：在一切慣性系中觀測在真空中傳播的同一束光，不論沿任何方向，其速度大小都為c，與光源或觀察者的運動無關(guān)。這一結(jié)論實際上已

3、被大量的實驗(包括邁克爾孫實驗)證實。如圖611所示，假設(shè)在真空環(huán)境中，靜止在勻速運行列車中的觀測者與靜立于地面的觀測者，測得手電發(fā)出的光波的速度大小都是c。圖611光速不變原理示意圖第8頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四1下列說法中不正確的是 ()A只有靜止的參照系是慣性系B由于在任何慣性系中力學規(guī)律都是相同的，因此， 研究力學問題時可以選擇任何慣性系C在不同的慣性系中，光速都是相同的D在一個慣性系內(nèi)進行任何力學實驗都不能判斷它是 否相對另一個慣性系做勻速直線運動.第9頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四解析：如果牛頓運動定律在某個參照系中成立，這個

4、參照系就叫做慣性系，而在靜止或勻速直線運動的參照系中牛頓運動定律是成立的，故A錯誤。由于在任何慣性系中力學規(guī)律都是相同的，因此研究力學問題時可以選擇任何慣性系，但表達式可能有的復(fù)雜、有的簡單，原則上是越簡單越好，故B正確。C是相對論中的光速不變原理的內(nèi)容，故C正確。在一個慣性系內(nèi)進行任何力學實驗都不能判斷它是否相對另一個慣性系做勻速直線運動，故D正確。答案：A第10頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四狹義相對論的結(jié)論第11頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四靜止質(zhì)量4質(zhì)能關(guān)系愛因斯坦對質(zhì)量和能量給出了如下關(guān)系式： 或 。Emc2Emc2第12頁，共31頁

5、，2022年，5月20日，9點38分，星期四2日常生活中，我們并沒發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量隨物體運動的速度變化而變化，原因是 ()A運動中物體無法稱量質(zhì)量B物體的速度遠小于光速，質(zhì)量變化極小C物體的質(zhì)量太大D物體的質(zhì)量不隨速度的變化而變化第13頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四答案： B第14頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四時 空 彎 曲 (1)愛因斯坦認為 和 對軌跡的彎曲是等效的。如果加速能使光線彎曲，那么引力也能使光線彎曲。 (2)按照廣義相對論，光線在引力場中的彎曲可等效為 被引力彎曲了。引力不但影響空間，還影響 ，此影響可描述為時空彎曲。加速運動引

6、力作用空間本身時間自學教材第15頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四 1愛因斯坦的廣義相對論 對于表述各種物理規(guī)律來說所有的參考系都是等價的。即加速場與引力場是等效的，引力和慣性力是等效的。 2實驗驗證 (1)光線的引力偏折。 太陽附近引力場很大，光線偏折，太陽周圍的空間是彎曲的，并且具有正曲率。因此，光線在引力場中發(fā)生了偏折或者引力場中的空間是彎曲的。第16頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四 (2)引力紅移。 在遠離引力中心的地方觀察引力場中發(fā)生在不同地點的同一物理過程，引力越強的地方，觀測時間越慢，空間距離越短，即引力的“時緩尺縮效應(yīng)”越顯著。在引

7、力場中光速變慢，物質(zhì)的光譜周期變長，頻率發(fā)生了變化(變小)，稱之為引力紅移。 (3)水星近日點進動。 牛頓理論：行星的軌道是嚴格閉合的橢圓。 觀測表明：行星的橢圓軌道存在進動現(xiàn)象即橢圓的長軸也緩慢轉(zhuǎn)動。由廣義相對論，太陽附近的時空連續(xù)系統(tǒng)的彎曲性質(zhì)，必然引起水星軌道產(chǎn)生進動。第17頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四 (4)雷達回波延遲。 用雷達向水星和金星發(fā)射電磁波，雷達波經(jīng)過太陽附近時測得往返時間為t1，雷達波不經(jīng)過太陽附近時測得往返時間為t2，t1t2，這表明太陽引力場引起時間延緩效應(yīng)。 3時空彎曲 愛因斯坦進一步認為，光線在引力場中的彎曲可等效為空間本身被彎曲了。引

8、力不但影響空間，而且影響時間，對影響方式的最佳描述就是時空彎曲。在宇宙中，物質(zhì)質(zhì)量大、密度高的區(qū)域時空彎曲大；物質(zhì)稀少的地方，時空較“平直”。第18頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四3光線在引力場中的彎曲可以等效為_被引力彎曲了，引力不但影響空間，而且也影響_，對影響方式的最佳描述就是_。解析：廣義相對論的觀點：加速能使光線彎曲，引力也能使光線彎曲；進一步研究認為，光線在引力場中的彎曲可以等效為空間被引力彎曲了，引力不但影響空間，而且也影響時間，對影響方式的最佳描述就是時空彎曲。答案：空間時間時空彎曲第19頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第20頁，

9、共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四狹義相對論的兩種效應(yīng)第21頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四答案 (1)約30 m(2)30 m(3)26 m第22頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第23頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四上題中火箭內(nèi)完好的手表走過了1 min，地面上的人認為經(jīng)過了多少時間？答案：(13.31011) min第24頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四狹義相對論兩種關(guān)系的應(yīng)用 例2太陽在不斷地輻射能量，因而其質(zhì)量也不斷地減少。若太陽每秒鐘輻射的總能量為41026 J，試計算太陽在一秒內(nèi)失去的質(zhì)量。估算5 000年內(nèi)總共減少了多少質(zhì)量，與太陽的總質(zhì)量21027 t的比值k為多大。 思路點撥解此題可按以下思維流程第25頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第26頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四第27頁，共31頁，2022年，5月20日，9點38分，星期四設(shè)宇宙射線粒子的能量是其靜止能量的k倍。則粒子運動時的質(zhì)量等于其靜止質(zhì)量的_倍，粒子運動速度是光速的_倍