高速世界課件

1、第1節(jié) 高速世界,太陽,,,,第6章 相對論與量子論初步,,1.初步了解愛因斯坦創(chuàng)立相對論的背景，理解并掌握狹義相對論的兩個基本假設的內(nèi)容。,2.了解“同時”的相對性，掌握長度的相對性和時間間隔的相對性。,3.了解相對論速度變化公式,4.了解相對論質(zhì)量變化公式,5. 知道質(zhì)能方程，了解廣義相對性原理和等效原理及其幾個結(jié)論,在19世紀與20世紀之交（1900年前后），許多人認為物理學這座莊嚴雄偉、動人心弦的科學殿堂已經(jīng)基本建成了。只是“物

2、理學晴朗天空的遠處，漂浮著兩朵小小的令人不安的烏云?！?兩朵烏云：邁克爾孫—莫雷實驗 熱輻射實驗,邁入新世界,高速世界的兩個基本原理,相對論主要是關于物質(zhì)運動與時間空間關系的理論.其中局限于慣性參考系的理論稱為狹義相對論，推廣到一般參考系和包括引力場在內(nèi)的理論稱為廣義相對論. 提出原因：邁克爾孫—莫雷實驗結(jié)論與經(jīng)典時空觀及衍生出的以太學說相違背. Einstein通過對電磁理論研究，意識到實驗的困境是由于時空觀造成

3、的.于是，他徹底拋棄“以太”的概念，提出相對論的兩條基本假設.基于這兩條基本假設，愛因斯坦建立了狹義相對論，把物理學推進到高速領域.,相對論,經(jīng)典時空觀,時間和空間彼此獨立、互不關聯(lián)，且不受物質(zhì)或運動的影響,經(jīng)典時空觀的幾個基本結(jié)論：,① 同時的絕對性② 時間間隔的絕對性③ 空間距離的絕對性,經(jīng)典時空觀與相對論時空觀,相對論時空觀,狹義相對論的兩個基本假設 相對性原理 ——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 光速不變原理 ——在一切慣性參照系中，測量到的真空中的光速c都是一樣的,① 時間延緩效應：運動的時鐘變慢② 長度收縮效應：運動的尺子縮短③ 質(zhì)速關系：物體質(zhì)量隨著速度的增大而增大④ 質(zhì)能關系：質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可分離的屬性,【注意】只有高速運動時，以上效應才明顯,狹義相對論的基本結(jié)論,時間延緩效應,分析： 在此過程中，車上的鐘走過的時間為 ，稱固有時.靜止在地面上的觀察者看來，由于列車在高速行駛測得該

5、過程經(jīng)歷的時間為,設車廂高度為h，列車行駛速度為v,則,,【答案】C時鐘走最慢，A走最快。,例1：A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行， vB<vC，地面上的觀察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？,長度收縮效應,設一個一維物體，相對于它靜止的觀測者測其長度為 l(靜止長度或固有長度)，該物體相對另一慣性系沿自身長度方向以勻速ν運動，則在此慣性系中的觀

6、察者測該物體的長度為：,質(zhì)速關系,當物體在所處的慣性系靜止時，它具有最小的質(zhì)量m0,這個質(zhì)量叫靜止質(zhì)量.若物體以速度ν相對某慣性系運動時，在這個慣性系觀測它的質(zhì)量為：,高速運動的物體其質(zhì)量測得值會非常大，并隨著速度趨于光速c而無限增大.,但事實告訴我們，一個真實的物體質(zhì)量是確定值、有限大,結(jié)論：一個真實的、靜止質(zhì)量不為零的物體，相對任何慣性的運動速度都不可能達到或超過光速c.,表明：,質(zhì)能關系,按照相對論及基本力學定律可推導出質(zhì)量

7、和能量具有如下關系：,------著名的質(zhì)能關系式,說明：,（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：,愛因斯坦廣義相對論原理（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，稱為廣義相對性原理。,等效原理： 一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。,物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲，引力場的存在使得空間不同位置的時間進程

8、出現(xiàn)差別,1.1905年愛因斯坦提出了狹義相對論，狹義相對論的出發(fā)點是以兩條基本假設為前提的，這兩條基本假設是（ ） A.同時的絕對性與同時的相對性 B.運動的時鐘變慢與運動的尺子縮短C.時間間隔的絕對性與空間距離的絕對性 D.相對性原理與光速不變原理,D,2.為了直接驗證愛因斯坦狹義相對論中著名的質(zhì)能方程E=mc2 ，科學家用中子轟擊鈾原子，分別測出原子捕獲中子前后

9、質(zhì)量的變化以及核反應過程放出的能量，然后進行比較，精確驗證了質(zhì)能方程的正確性。設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，核反應過程放出的能量為ΔE，則這一實驗需驗證的關系式是 ( ) 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、相對論的觀點，火箭B是“追趕”光的；火箭A是“迎著”光飛行的，若火箭相對地面的速度為v，則兩火箭上的觀察者測出的光速分別為 ( )A． , B． , C． , D．無法確定,,,B,,,A,B,,,,,相對論時空觀,狹義相對論的兩個基本假設相對性原理 ——所有的物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相