高中物理《相對(duì)論誕生》新人教版選修課件

1、高中物理新人教版選修- 4系列課件高中物理新人教版選修- 4系列課件15.1相對(duì)論誕生15.1相對(duì)論誕生教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：（1）了解相對(duì)論誕生的歷史背景，知道麥克耳孫一莫雷實(shí)驗(yàn)（2）了解經(jīng)典的相對(duì)性原理（3）知道相對(duì)性原理與電磁規(guī)律之間的矛盾（4）知道狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)過(guò)程與方法：（1）了解對(duì)經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)部矛盾的探索過(guò)程（2）理解愛因斯坦建立相對(duì)論的科學(xué)探究思想和邏輯推理方法情感態(tài)度價(jià)值觀：（1）明確物理理論的發(fā)展的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ：狹義相對(duì)論的兩點(diǎn)假設(shè)教 學(xué) 方 法 ：閱讀小結(jié) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能： 牛頓的經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)就是以牛頓命名的三條定律，這一理論形成于十七世紀(jì)，

2、在以后的兩個(gè)多世紀(jì)里，牛頓力學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)自身也得到了很大發(fā)展。但是，進(jìn)入二十世紀(jì)，物理學(xué)研究的領(lǐng)域開始深入到了微觀高速領(lǐng)域，這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用。物理學(xué)的發(fā)展要求對(duì)牛頓力學(xué)以及某些長(zhǎng)期認(rèn)為是不言自明的基本觀念作出根本性的變革，物理學(xué)需要一場(chǎng)革命！ 二十世紀(jì)初誕生的相對(duì)論和量子力學(xué)就是這場(chǎng)從經(jīng)典物理向近代物理變革的標(biāo)志 牛頓的經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)就是以牛頓命名的三條20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯坦20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯坦一、經(jīng)典的相對(duì)性原理1、慣性系： 牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系 相對(duì)于一個(gè)慣性參考系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系2、伽利略相

3、對(duì)性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 還可表述為：在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷這個(gè)慣性系是否相對(duì)于另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)；或者說(shuō)，任何慣性系都是平權(quán)的。一、經(jīng)典的相對(duì)性原理1、慣性系： 牛頓的伽利略相對(duì)性原理是作為基本假設(shè)提出來(lái)的，它之所以為人們接受承認(rèn)，一方面是牛頓力學(xué)在解決力學(xué)問題獲得的巨大功；另一方面觀察結(jié)果與人們的經(jīng)驗(yàn)相符。 但是十九世紀(jì)中葉，人們?cè)谘芯颗c物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的電磁現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合相對(duì)性原理 其中最典型的就是光速的問題 牛頓的伽利略相對(duì)性原理是作為基本假設(shè)提出來(lái)的 不同的參考系中觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況可能不同，物體在空間移動(dòng)這一概念也是

4、相對(duì)的在不同參考系中觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況 不同的參考系中觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況可能不同，物體在空間移 光速恒定的特性，同運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理之間似乎產(chǎn)生了矛盾？ 但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是恒定的v光速 光速 光速恒定的特性，同運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理之間似乎產(chǎn)生了矛盾 這一結(jié)論還特別為后來(lái)的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實(shí)驗(yàn)。它們都明確無(wú)誤地證明光速的測(cè)量結(jié)果與光源和測(cè)量者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，亦即與參照系無(wú)關(guān)。 可見光和電磁波的運(yùn)動(dòng)不服從伽利略相對(duì)原理.任何參照系中測(cè)得的光在真空的速率都應(yīng)該是這一數(shù)值 這一結(jié)論還特別為后來(lái)的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，最著

5、名的是 當(dāng)時(shí)人們?yōu)榱私鉀Q這個(gè)困難，提出了三種可能：（1）麥克斯韋電磁理論有錯(cuò)，正確的電磁方程組應(yīng)滿足伽利略不變性。（2）牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁理論都對(duì)，但麥克斯韋電磁理論只在某一特殊的慣性系成立。（3）牛頓力學(xué)與伽利略變換不對(duì)，應(yīng)存在某種變換，麥克斯韋電磁理論在這種新的變換下具有不變性。這意味著經(jīng)典牛頓力學(xué)要作修改，修改后的力學(xué)方程在新的變換下具有不變性。 當(dāng)時(shí)人們?yōu)榱私鉀Q這個(gè)困難，提出了三種可能：二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律 19世紀(jì)后半葉和20世紀(jì)初，物理學(xué)家們?cè)?jīng)猜想，有一種叫做以太的介質(zhì)，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播時(shí)所需要的介質(zhì)，拿以太做參考系時(shí)麥克斯韋的電磁理論才成立今天看來(lái)，以太是某

6、一特殊參考系的代表麥克爾遜實(shí)驗(yàn)表明不存在這樣的特殊參考系，實(shí)際上就是宣布宇宙間不存在以太麥克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律 19世紀(jì)后半葉和20世紀(jì) 上述的矛盾使物理學(xué)家面臨兩個(gè)選擇，一是修正現(xiàn)有的理論，去迎合實(shí)驗(yàn)結(jié)果（這相對(duì)比較容易，但常常無(wú)效）； 另一種主張徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性系”，創(chuàng)立全新的理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了后者并提出了兩個(gè)假設(shè)： 上述的矛盾使物理學(xué)家面臨兩個(gè)選擇，一是修正現(xiàn)有的三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)1、狹義相對(duì)性原理 在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的2、光速不變?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀

7、察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。 就是在看來(lái)如此簡(jiǎn)單且最一般的兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上愛因斯坦建立了一套完整的理論狹義相對(duì)論三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)1、狹義相對(duì)性原理 就是在看對(duì)兩個(gè)基本原理的正確理解自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律；強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)，也不依賴于光的傳播方向 幾十年來(lái)科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物理技術(shù)測(cè)量光速，結(jié)果都不違背光速不變?cè)?。?duì)兩個(gè)基本原理的正確理解自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電小 結(jié)一、伽利略相對(duì)性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律發(fā)生矛盾三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1、狹義相對(duì)

8、性原理 在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的 2、光速不變?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。小 結(jié)一、伽利略相對(duì)性原理 相對(duì)論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內(nèi)容。這使人們想起英國(guó)詩(shī)人波譜歌頌牛頓的詩(shī)句: 自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中， 上帝說(shuō)：“讓牛頓去吧，” 于是一切都成為光明。 后人續(xù)寫道: 上帝說(shuō)完多少年之后， 魔鬼說(shuō)：“讓愛因斯坦去吧，” 于是一切又回到黑暗中。 相對(duì)論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很大，很難被高中物理新人教版選修- 4系列課件

9、高中物理新人教版選修- 4系列課件15.2時(shí)間和空間的相對(duì)性15.2時(shí)間和空間的相對(duì)性教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：（1）同時(shí)的相對(duì)性；（2）運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的收縮；（3）時(shí)間間隔的相對(duì)；（4）了解時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證；（5）了解相對(duì)論時(shí)空觀與經(jīng)典物理時(shí)空觀的主要區(qū)別過(guò)程與方法：（1）理解同時(shí)相對(duì)性的推演過(guò)程男；（2）理解從“同時(shí)相對(duì)性”出發(fā)得出“運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性”的過(guò)程情感態(tài)度和價(jià)值觀：（1）體會(huì)相對(duì)論嶄新的時(shí)空觀，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。（2）辯證地看待經(jīng)典物理理論 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ：從“同時(shí)”的相對(duì)性得出運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能： 在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個(gè)

10、事件在一個(gè)參考系中看來(lái)是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中看來(lái)也一定是同時(shí)的，但是如果接受愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，我們會(huì)得出“同時(shí)是相對(duì)的”這樣一個(gè)結(jié)論同時(shí)是相對(duì)的 在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考一、“同時(shí)”的相對(duì)性 車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達(dá)前后車廂的先后是不一樣的 車上的觀察者認(rèn)為光同時(shí)到達(dá)車廂的前后兩壁 站臺(tái)上的觀察者認(rèn)為光先到車廂后壁后到前壁一、“同時(shí)”的相對(duì)性 車廂上的人和地面上的結(jié)論： 1、對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于地面就不是同時(shí)的 關(guān)鍵：在各個(gè)參考系中光速都為c 2、地面上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車也不是同時(shí)的 關(guān)鍵：相對(duì)運(yùn)動(dòng) 課本P108

11、思考與討論結(jié)論： 課本P108 思考與討論二、長(zhǎng)度的相對(duì)性 v車上的人看到的車廂的長(zhǎng)度：車外的人看到的車廂的長(zhǎng)度：二、長(zhǎng)度的相對(duì)性 v車上的人看到的車廂的長(zhǎng)度：車外的人看到注意：長(zhǎng)度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上如上例中的 X 軸方向上，在Y 軸方向上無(wú)長(zhǎng)度縮短效應(yīng)動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）SO X YO SXY 注意：動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）SO X YO 結(jié)論 一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小斐克小伙劍術(shù)精，出刺迅捷如流星，由于空間收縮性，長(zhǎng)劍變成小鐵釘. 結(jié)論斐克小伙劍術(shù)精，三、時(shí)間間隔的相對(duì)性在站臺(tái)上看運(yùn)動(dòng)火車上的鐘在火車上看運(yùn)動(dòng)站臺(tái)上的鐘三、時(shí)間間隔的相對(duì)性在站

12、臺(tái)上看運(yùn)動(dòng)火車上的鐘在火車上看運(yùn)動(dòng)站 高速運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對(duì)于車上的人來(lái)說(shuō)，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線傳播的 由光速不變?cè)肀愕玫讲煌臅r(shí)間間隔 高速運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對(duì)于車上對(duì)于車廂內(nèi)的人：對(duì)于車廂外的人：h對(duì)于車廂內(nèi)的人：對(duì)于車廂外的人：h相對(duì)速度與動(dòng)鐘延緩效應(yīng) ( =1s）V（米/秒）0.1c=31070.5c 0.8c0.9c 0.99c 0.999c 0.9998c T(秒) 1.01 1.15 1.67 2.29 7.122.4 50 相對(duì)速度與動(dòng)鐘延緩效應(yīng) ( =1s）V（米/秒）T(秒)四、時(shí)空相對(duì)性的實(shí)

13、驗(yàn)驗(yàn)證 根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比較緩慢，也就是說(shuō)，在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘，比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好這是相對(duì)論的第一次宏觀驗(yàn)證四、時(shí)空相對(duì)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的高中物理相對(duì)論誕生新人教版選修課件 早在1941年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)宇宙線的觀測(cè)證實(shí)了相對(duì)論的結(jié)論，美國(guó)科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中子的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論預(yù)言完全一致 早在1941年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)宇宙線的觀測(cè)證實(shí)了相對(duì)論當(dāng)兩個(gè)參考系的相對(duì)速度可與光速相比時(shí)，時(shí)間與空間的相對(duì)性才比較明顯 狹義

14、相對(duì)論的結(jié)論已經(jīng)完全得到證實(shí)，實(shí)際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎(chǔ)之一當(dāng)兩個(gè)參考系的相對(duì)速度可與光速相比時(shí)，時(shí)間與空間的相對(duì)性 牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀：物理學(xué)的空間與時(shí)間是絕對(duì)分離沒有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在，與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。 而相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 人類對(duì)于空間、時(shí)間更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)而形成的新的時(shí)空觀，是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展、不斷完善起來(lái)的。五、相對(duì)論的時(shí)空觀 牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀：物理學(xué)的空間與時(shí)間是絕對(duì)分離沒小 結(jié)一、“同時(shí)”是相對(duì)的二、長(zhǎng)度的相對(duì)性三、時(shí)間間隔的相對(duì)性小 結(jié)一、“同時(shí)”是相對(duì)的

15、15.3狹義相對(duì)論的其他結(jié)論15.3狹義相對(duì)論的其他結(jié)論教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：（1）運(yùn)動(dòng)速度的相對(duì)論變換（2）相對(duì)論質(zhì)量（3）質(zhì)能方程過(guò)程與方法：讓學(xué)生體會(huì)到自洽性檢驗(yàn)是科學(xué)理論研究的一個(gè)基本方法。情感態(tài)度和價(jià)值觀：體會(huì)物理學(xué)中蘊(yùn)含的簡(jiǎn)單與和諧之美（質(zhì)能方程） 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ：重點(diǎn)：三個(gè)公式難點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)速度的相對(duì)性變換教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：狹義相對(duì)論的其他三個(gè)結(jié)論狹義相對(duì)論的三個(gè)重要結(jié)論相對(duì)論的速度疊加公式相對(duì)論質(zhì)量質(zhì)能方程狹義相對(duì)論的三個(gè)重要結(jié)論相對(duì)論的速度疊加公式相對(duì)論質(zhì)量質(zhì)能(1)相對(duì)論的速度疊加 由于時(shí)間和空間的相對(duì)性，對(duì)于物體的速度，在某一慣性系S內(nèi)觀測(cè)，要用S系的時(shí)間和空間坐標(biāo)表示

16、；在另一慣性系S內(nèi)觀測(cè)，要用S系的時(shí)間和空間坐標(biāo)表示。這樣，速度疊加公式就不再是絕對(duì)時(shí)空的速度疊加公式了。假如 S和S兩系的坐標(biāo)軸相平行，S以速度沿x軸而運(yùn)動(dòng)，一質(zhì)點(diǎn)以u(píng)相對(duì)S沿x軸而運(yùn)動(dòng)，則相對(duì)S，其速度u為這是相對(duì)論的速度疊加公式。如果uc，則uc；如果uc(光速)，則uc與相對(duì)論的時(shí)空概念相協(xié)調(diào)。(1)相對(duì)論的速度疊加 由于時(shí)間和空間的相對(duì)性，對(duì)于v車外的人看到車上人相對(duì)地面的速度為：v車外的人看到車上人相對(duì)地面的速度為：例1 地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5l03 ms從他身邊飛過(guò)，另一飛船B以速度2.0l08ms 跟隨A飛行。求： （1）A上的乘客看到B的相對(duì)速度； （2）B

17、上的乘客看到A的相對(duì)速度。 中國(guó)航天A中國(guó)航天B結(jié)束目錄例1 地球上一觀察者，看見一飛船A以速中A中B結(jié)束目錄1u=xvvc2uxux=1.125108 m/s 2.5108=2.01089.010162.51082.01081=ux2.0108 m/s =v2.5108 m/s 解：(1)設(shè)地球?yàn)镵系，飛船A為K系。由已知條件可知K系相對(duì)K系是速度為飛船B 在K系中的速度為飛船B 在K系中的速度為中國(guó)航天A中國(guó)航天BKKuvx結(jié)束目錄1u=xvvc2uxux=1.125108 m/s 2 (2) 設(shè)地球?yàn)镵系，飛船B為K系。由已知條件可知K系相對(duì)K系是速度為=ux2.5108 m/s =v2

18、.0108 m/s 飛船A 在K系中的速度為1u=xvvc2uxux=1.125108 m/s 2.0108=2.51089.010162.01082.51081飛船A在K系中的速度為中國(guó)航天A中國(guó)航天BKuxKvux結(jié)束目錄 (2) 設(shè)地球?yàn)镵系，飛船B為K系。由=ux練習(xí)1 一原子核以0.5c 的速度離開一觀察者而運(yùn)動(dòng)。原子核在它運(yùn)動(dòng)方向上向前發(fā)射一電子，該電子相對(duì)于核有0.8c 的速度；此原子核又向后發(fā)射了一光子指向觀察者。對(duì)靜止觀察者來(lái)講， （1）電子具有多大的速度； （2）光子具有多大的速度。結(jié)束目錄練習(xí)1 一原子核以0.5c 的速度離開一觀察結(jié)束目錄解：設(shè)觀測(cè)者為K系，原子核為K系

19、。電子在K系中的速度為：K系相對(duì)K系是速度為：0.8c=ux=v0.5c+=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c+1u=xvvc2uxux電子在K 系中的速度為：根據(jù)光速不便原理，光子的速度為 c 。結(jié)束目錄解：設(shè)觀測(cè)者為K系，原子核為K系。電子在K系中的速度為：(2).質(zhì)量和速率的關(guān)系 在經(jīng)典物理的概念里，一個(gè)物體的質(zhì)量為一常量，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。但是在相對(duì)論理論里，質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。物體的靜止質(zhì)量m0是一常量，相對(duì)任何慣性系均為m0，而物體以速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的(運(yùn)動(dòng))質(zhì)量m為質(zhì)量隨速率增加而變大，實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了這個(gè)公式。從質(zhì)量和速度的關(guān)系式可以看出，當(dāng)物體速度趨近于光速時(shí)，質(zhì)

20、量將趨向無(wú)限大。這是不可能的。一切物體的速度都永遠(yuǎn)小于真空中的光速。(2).質(zhì)量和速率的關(guān)系 在經(jīng)典物理的概念里，一個(gè)物體的質(zhì)(2)相對(duì)論質(zhì)量 物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無(wú)限增加，那么物體的質(zhì)量是否隨著速度而變化？ 嚴(yán)格的論證表明，物體高速（與光速相比）運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與它靜止時(shí)的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系：m為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m0為靜止質(zhì)量(2)相對(duì)論質(zhì)量 物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無(wú)限增加，那么物體質(zhì)速關(guān)系曲線質(zhì)速關(guān)系曲線 微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止質(zhì)量在研究制造回旋加速器時(shí)必須考慮相對(duì)論效應(yīng)的影響1988年，中國(guó)第一座高能粒子加速器北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)首次對(duì)撞成功 微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止

21、質(zhì)量在研例2 如一觀察者測(cè)出電子質(zhì)量為2m。，問電子速度為多少？（m。為電子的靜止質(zhì)量） 結(jié)束目錄例2 如一觀察者測(cè)出電子質(zhì)量為2m。，結(jié)束目錄21=v21c20.866vc=23c2m0=v21c2m0解：結(jié)束目錄21=v21c20.866vc=23c2m0=v21c2m 練2 某人測(cè)得一靜止棒長(zhǎng)為人質(zhì)量為m，于是求得此棒線密度為=m/l 。假定此棒以速度 v 在棒長(zhǎng)方向上運(yùn)動(dòng)，此人再測(cè)棒的線密度應(yīng)為多少，若棒在垂直長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)，它的線密度又為多少？ 結(jié)束目錄 練2 某人測(cè)得一靜止棒長(zhǎng)為人質(zhì)量為m，結(jié)束目錄=v21c2m=v21c2ml=v21c2l解：(1)=lmm=lv21c2()解得

22、：結(jié)束目錄=v21c2m=v21c2ml=v21c2l解：(1)m=v21c2m=v21c2l=l(2)=lmm=lv21c2解得：結(jié)束目錄m=v21c2m=v21c2l=l(2)=lm物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系： 物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：愛因斯坦（3）質(zhì)能方程這就是著名的質(zhì)能方程物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系： 物體的能量 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量之間的關(guān)系.物體的動(dòng)能運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量靜止時(shí)的能量在v c時(shí)的一種近似,這就是動(dòng)能表達(dá)式 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量之間例3 設(shè)電子的速度為 (1)1.0106 m/s;(2) 2.0

23、108m/s,試計(jì)算電子的動(dòng)能各是多少？如用經(jīng)典力學(xué)公式計(jì)算電子動(dòng)能又各為多少？ 結(jié)束目錄例3 設(shè)電子的速度為 (1)1.0106 m/s;結(jié)束目Emck112=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=4.5510-19 J=0.5111061.60210-19()11213001解： (1)按相對(duì)論計(jì)算當(dāng)電子的速度為v1=1.0106 m/s時(shí)的動(dòng)能結(jié)束目錄Emck112=mc02=v21c2mc02mc021()=Emck222=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=2.7910-14 J=0.5111061.60210-19()112

24、13.02.0當(dāng)電子的速度為v2=1.0108 m/s時(shí)的動(dòng)能結(jié)束目錄Emck222=mc02=v21c2mc02mc021()=(2)按經(jīng)典力學(xué)計(jì)算mv12021Ek1=21 9.110-31 (1.0106 )2=1.8210-14 J=4.5510-19 J= 9.110-31 (1.0108 )221mv22021Ek2=結(jié)束目錄(2)按經(jīng)典力學(xué)計(jì)算mv12021Ek1=21 9.例4 兩個(gè)氖核組成質(zhì)量數(shù)為4、原子量為4.0015u 的氦核。試計(jì)算氦核放出的結(jié)合能。 結(jié)束目錄例4 兩個(gè)氖核組成質(zhì)量數(shù)為4、原子量結(jié)束目錄m0=2.0136u1u=1.65810-27 kg2=Emc=1.

25、60210-191.65810-27 9.0101622.01364.0015()=23.9106 eV=23.9 MeVEHe2+H2H4解：氘核靜止質(zhì)量其中u為原子質(zhì)量單位結(jié)束目錄m0=2.0136u1u=1.65810-27 kg2=E練3 太陽(yáng)由于向四面空間輻射能量，每秒損失了質(zhì)量 4109kg。求太陽(yáng)的輻射功率。 結(jié)束目錄練3 太陽(yáng)由于向四面空間輻射能量，結(jié)束目錄=3.61026 J/s=3.61026 W4109(3108)=21P=2mct2mc解：結(jié)束目錄=3.61026 J/s=3.61026 W4109 練4 一個(gè)電子從靜止開始加速到0.1c 的速度，需要對(duì)它作多少功？速度

26、從0.9 c 加速到0.99 c 又要作多少功？ 結(jié)束目錄 練4 一個(gè)電子從靜止開始加速到0.1c 的結(jié)束目錄=v21c2mc02mc02()=v21c2m0c211()=1110.120.511106=2.57103eV=keV2.57=mc2mc02A解：(1)結(jié)束目錄=v21c2mc02mc02()=v21c2m0c211()=2.45103eV=keV2.45(2)=mc2mc12A2()=v21c2m0c212v21c211()=110.9920.511106110.92結(jié)束目錄=2.45103eV=keV2.45(2)=mc2mc12作業(yè)P108 1 2 3作業(yè)P108 1 2 3

27、15.4廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介15.4廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：（1）了解廣義相對(duì)論基本原理 廣義相對(duì)性原理和等效原理（2）廣義相對(duì)論主要結(jié)論 物質(zhì)的引力使光線彎曲和強(qiáng)引力場(chǎng)附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢（3）介紹廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程與方法：（1）了解愛因斯坦思考和推演廣義相對(duì)論思維過(guò)程情感態(tài)度和價(jià)值觀：（1）體會(huì)在宇宙中人類的渺小和科學(xué)的巨大力量 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ：1、廣義相對(duì)性原理和等效原理2、廣義相對(duì)論的主要結(jié)論：引力使光線彎曲和強(qiáng)引力場(chǎng)附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：相對(duì)論簡(jiǎn)介 19世紀(jì)后半葉，關(guān)于電磁場(chǎng)的研究不斷深入，人們認(rèn)識(shí)到了光的電磁本質(zhì)我們已經(jīng)知道，電磁波是以巨大且有限的

28、速度傳播的，因此在電磁場(chǎng)的研究中不斷遇到一些矛盾，這些矛盾導(dǎo)致了相對(duì)論的出現(xiàn) 相對(duì)論不僅給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律，而且改變了我們對(duì)于時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)，它的建立在物理學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展史上樹立了一座重要的里程碑相對(duì)論簡(jiǎn)介 19世紀(jì)后半葉，關(guān)于電磁場(chǎng)的研究不 如果在一個(gè)參考系中牛頓定律能夠成立，這個(gè)參考系稱作慣性參考系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能成立的參考系則是非慣性參考系在不同參考系中觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況非慣性系和慣性系 如果在一個(gè)參考系中牛頓定律能夠成立，這個(gè)參非慣性系和慣性系 以車廂為參考系，當(dāng)列車加速運(yùn)行時(shí)，小球會(huì)相對(duì)于車廂加速向后運(yùn)動(dòng)光滑表面非慣性系和慣性系 以車廂為參考系，當(dāng)列車加速運(yùn)行時(shí)，

29、非慣性系和慣性系加速運(yùn)動(dòng)的列車是個(gè)非慣性參考系為了讓牛頓定律在非慣性系中能夠成立，引入慣性力光滑表面非慣性系和慣性系加速運(yùn)動(dòng)的列車是個(gè)非慣性參考系為了讓牛頓定律非慣性系和慣性系牛頓第二定律的表達(dá)式慣性力的定義式 “”號(hào)表示慣性力的方向與非慣性系的加速度方向相反注意不要混淆非慣性系和慣性系牛頓第二定律的表達(dá)式慣性力的定義式 非慣性系和慣性系以加速上升的電梯為參考系，我們可以認(rèn)為乘坐電梯的人除了受到重力的作用，還受到一個(gè)向下的慣性力，重力和慣性力的合力使人感受到了超重非慣性系和慣性系以加速上升的電梯為參考系，我們可以認(rèn)為乘21世紀(jì)，人類在空間站中長(zhǎng)期生活，為了克服失重帶來(lái)的不利影響，可以將空間站設(shè)

30、計(jì)成一個(gè)大轉(zhuǎn)輪，繞軸自轉(zhuǎn)，其上各點(diǎn)都有一個(gè)指向轉(zhuǎn)動(dòng)軸的向心加速度，因此，以空間站為參考系，與它一起旋轉(zhuǎn)的物體都受到一個(gè)背離轉(zhuǎn)動(dòng)軸的慣性力，這就是所謂的人造重力非慣性系和慣性系21世紀(jì)，人類在空間站中長(zhǎng)期生活，為了克服失重帶來(lái)的不利慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量地面靜止加速飛行引力和慣性力都可以使物體加速下落引力質(zhì)量慣性質(zhì)量慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量地面靜止加速飛行引力和慣性力都可以使物體加廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介牛頓第二定律的表達(dá)式慣性力的定義式 “”號(hào)表示慣性力的方向與非慣性系的加速度方向相反注意不要混淆 “m”應(yīng)該叫做慣性質(zhì)量廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介牛頓第二定律的表達(dá)式慣性力的定義式 慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量 事實(shí)上，到目前為止的一切

31、實(shí)驗(yàn)研究都沒有找到慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量之間的差別，這向我們提示：加速運(yùn)動(dòng)的參考系和萬(wàn)有引力，二者之間可能存在某種深刻的聯(lián)系慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量 事實(shí)上，到目前為止的一切廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的 任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同的真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的 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)更進(jìn)一步等效原理光速恒定愛因斯坦相對(duì)性原理廣義相對(duì)性原理廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論不同的慣性參考系中一切物理 廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以得出一些意想不到的結(jié)論廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介 廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以得出一些意想不到的結(jié)論廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介 在一個(gè)引力可以忽略的宇宙空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，船上的觀察者記錄光的徑跡是一條拋物線半透明屏光源等效原理物體的引力能使光線彎曲 假設(shè)飛船靜止，而在船尾存在一個(gè)巨大的物體，在它的引力場(chǎng)作用下，飛船內(nèi)的物理過(guò)程受到影響廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介 在一個(gè)引力可以忽略的宇宙空間有一艘廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介通常物體的引力場(chǎng)都太弱，20世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的光線彎曲太陽(yáng)由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的作用，我們有可能觀測(cè)到太陽(yáng)后面的恒星，最好的觀測(cè)時(shí)間是發(fā)生日全食的時(shí)候1919年5月2