【物理】15-3《狭义相对论的其他结论》精品课件(新人教版.

高中物理新人教版选修３-4系列课件15.3《狭义相对论的其他结论》教学目标•知识与技能：•（1）运动速度的相对论变换•（2）相对论质量•（3）质能方程•过程与方法：•让学生体会到自洽性检验是科学理论研究的一个基本方法。•情感态度和价值观：•体会物理学中蕴含的简单与和谐之美（质能方程）•教学重点、难点：•重点：三个公式•难点：运动速度的相对性变换狭义相对论的其他三个结论狭义相对论的三个重要结论…相对论的速度叠加公式相对论质量质能方程•(1)相对论的速度叠加由于时间和空间的相对性，对于物体的速度，在某一惯性系S’内观测，要用S’系的时间和空间坐标表示；在另一惯性系S内观测，要用S系的时间和空间坐标表示。这样，速度叠加公式就不再是绝对时空的速度叠加公式了。假如S’和S两系的坐标轴相平行，S’以速度ν沿x轴而运动，一质点以u’相对S’沿x’轴而运动，则相对S，其速度u为•这是相对论的速度叠加公式。如果u’＜c，则u＜c；如果u’＝c(光速)，则u＝c．与相对论的时空概念相协调。21cvuvuuvu车外的人看到车上人相对地面的速度为：21cvuvuu例1地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×l03m／s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×l08m／s跟随A飞行。求：（1）A上的乘客看到B的相对速度；（2）B上的乘客看到A的相对速度。中国航天A中国航天B结束目录1u=xvvc2uxux´=1.125×108m/s2.5×108=2.0×1089.0×1016×2.5×1082.0×1081=ux2.0×108m/s=v2.5×108m/s解：(1)设地球为K系，飞船A为K′系。由已知条件可知K′系相对K系是速度为飞船B在K系中的速度为飞船B在K′系中的速度为中国航天A中国航天BK′Kuvx结束目录(2)设地球为K系，飞船B为K′系。由已知条件可知K′系相对K系是速度为=ux2.5×108m/s=v2.0×108m/s飞船A在K系中的速度为1u=xvvc2uxux´=1.125×108m/s2.0×108=2.5×1089.0×1016×2.0×1082.5×1081飞船A在K′系中的速度为中国航天A中国航天BKuxK′vux´结束目录练习1一原子核以0.5c的速度离开一观察者而运动。原子核在它运动方向上向前发射一电子，该电子相对于核有0.8c的速度；此原子核又向后发射了一光子指向观察者。对静止观察者来讲，（1）电子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。结束目录解：设观测者为K系，原子核为K′系。电子在K′系中的速度为：K′系相对K系是速度为：0.8c=ux´=v0.5c+×=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c++1u=xvvc2uxux´´电子在K系中的速度为：根据光速不便原理，光子的速度为c。结束目录•(2).质量和速率的关系在经典物理的概念里，一个物体的质量为一常量，与物体的运动状态无关。但是在相对论理论里，质量和运动的速度有关。物体的静止质量m0是一常量，相对任何惯性系均为m0，而物体以速度ν运动时，它的(运动)质量m为•质量随速率增加而变大，实验完全证实了这个公式。从质量和速度的关系式可以看出，当物体速度趋近于光速时，质量将趋向无限大。这是不可能的。一切物体的速度都永远小于真空中的光速。201cvmm(2)相对论质量物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：201cvmmm为运动质量m0为静止质量质速关系曲线微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．1988年，中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功例2如一观察者测出电子质量为2m。，问电子速度为多少？（m。为电子的静止质量）结束目录21=v21c20.866vc==23c2m0=v21c2m0解：结束目录练2某人测得一静止棒长为人质量为m，于是求得此棒线密度为ρ=m/l。假定此棒以速度v在棒长方向上运动，此人再测棒的线密度应为多少，若棒在垂直长度方向上运动，它的线密度又为多少？结束目录=ρv21c2m´=v21c2ml´=v21c2l解：(1)ρ=´´l´mmρ=´lv21c2()解得：结束目录m´=v21c2m=v21c2ρl´=l(2)ρ=´´l´mmρ=´lv21c2解得：结束目录物体的能量和质量之间存在着某种联系：物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：爱因斯坦（3）质能方程这就是著名的质能方程2mcE质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系.0EEEk2mcE物体的动能运动时的能量静止时的能量201cvmm2021vmEk在v＜＜c时的一种近似,这就是动能表达式．例3设电子的速度为(1)1.0×106m/s;(2)2.0×108m/s,试计算电子的动能各是多少？如用经典力学公式计算电子动能又各为多少？结束目录Emck112=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=4.55×10-19J=×0.511×106×1.602×10-19()11213001解：(1)按《相对论》计算当电子的速度为v1=1.0×106m/s时的动能结束目录Emck222=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=2.79×10-14J=×0.511×106×1.602×10-19()11213.02.0当电子的速度为v2=1.0×108m/s时的动能结束目录(2)按《经典力学》计算mv12021Ek1==21×9.1×10-31×(1.0×106)2=1.82×10-14J=4.55×10-19J=×9.1×10-31×(1.0×108)221mv22021Ek2=结束目录例4两个氖核组成质量数为4、原子量为4.0015u的氦核。试计算氦核放出的结合能。结束目录m0=2.0136u1u=1.658×10-27kg2=EΔΔmc=1.602×10-19×1.658×10-27×9.0×10162×2.01364.0015()=23.9×106eV=23.9MeVEHeΔ2++H2H4解：氘核静止质量其中u为原子质量单位结束目录练3太阳由于向四面空间辐射能量，每秒损失了质量4×109kg。求太阳的辐射功率。结束目录=3.6×1026J/s=3.6×1026W4×109×(3×108)=21P==2ΔmcΔt2Δmc解：结束目录练4一个电子从静止开始加速到0.1c的速度，需要对它作多少功？速度从0.9c加速到0.99c又要作多少功？结束目录=v21c2mc02mc02()=v21c2m0c211()=1110.12×0.511×106=2.57×103eV=keV2.57=mc2mc02A解：(1)结束目录=2.45×103eV=keV2.45(2)=mc2mc12A2()=v21c2m0c212v21c211()=110.992×0.511×106110.92结束目录作业•P108123