高中物理 高速世界

高中物理高速世界第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六1．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第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六1．對相對性原理的理解(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(jī)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。第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2．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)論實際上已被大量的實驗(包括邁克爾孫實驗)證實。如圖6－1－1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6－1－1光速不變原理示意圖第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六1．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(xué)規(guī)律都是相同的，因此，

研究力學(xué)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(jìn)行任何力學(xué)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.第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六解析：如果牛頓運動定律在某個參照系中成立，這個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(xué)規(guī)律都是相同的，因此研究力學(xué)問題時可以選擇任何慣性系，但表達(dá)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(jìn)行任何力學(xué)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第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六狹義相對論的結(jié)論第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六靜止質(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

。E＝mc2ΔE＝Δmc2第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2．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(yuǎn)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十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六答案：B第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六時空彎曲(1)愛因斯坦認(rèn)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。加速運動引力作用空間本身時間[自學(xué)教材]第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六1．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。第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六(2)引力紅移。在遠(yuǎn)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(jìn)動。牛頓理論：行星的軌道是嚴(yán)格閉合的橢圓。觀測表明：行星的橢圓軌道存在進(jìn)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(jìn)動。第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六(4)雷達(dá)回波延遲。用雷達(dá)向水星和金星發(fā)射電磁波，雷達(dá)波經(jīng)過太陽附近時測得往返時間為Δt1，雷達(dá)波不經(jīng)過太陽附近時測得往返時間為Δt2，Δt1>Δt2，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(jìn)一步認(rèn)為，光線在引力場中的彎曲可等效為空間本身被彎曲了。引力不但影響空間，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”。第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六3．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(jìn)一步研究認(rèn)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十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六狹義相對論的兩種效應(yīng)第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六[答案]

(1)約30m

(2)30m

(3)26m第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六上題中火箭內(nèi)完好的手表走過了1min，地面上的人認(rèn)為經(jīng)過了多少時間？答案：(1＋3.3×10－11)min第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六狹義相對論兩種關(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4×1026J，試計算太陽在一秒內(nèi)失去的質(zhì)量。估算5000年內(nèi)總共減少了多少質(zhì)量，與太陽的總質(zhì)量2×1027t的比值k為多大。[思路點撥]

解此題可按以下思維流程第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六設(shè)宇宙射線粒子的能量是其靜止能量的k倍