高中物理人教版选修3-4课件：15 相对论简介 本章整合

-1-本章整合-2-本章整合知识网络专题突破相对论简介狭义相对论两个基本假设狭义相对性原理光速不变原理相对论时空观同时的相对性长度的相对性:𝑙=𝑙01-𝑣2𝑐2时间间隔的相对性:Δ𝑡=Δ𝜏1-𝑣2𝑐2狭义相对论的其他结论相对论的速度变换定律:𝑢=𝑢'+𝑣1+𝑢'𝑣𝑐2相对论质量公式:𝑚=𝑚01-𝑣2𝑐2质能关系式:𝐸=𝑚𝑐2广义相对论两个基本原理广义相对性原理等效原理几个结论物质的引力使光线弯曲强引力场附近的时间进程会变慢-3-本章整合专题突破知识网络专题一专题二专题一相对论的时空观1.“同时”的相对性在某一惯性参考系中,同时发生的两个事件,在另一个相对该惯性系做匀速直线运动的惯性系中观测不再同时。其观测结果是沿运动方向靠前的事件先发生。2.长度的相对性(尺缩效应)沿杆方向与杆有相对运动的观察者所测得的杆的长度l比与杆相对静止的观察者所测得的长度l0要小,具体关系为l=l01-𝑣𝑐2。-4-本章整合专题突破知识网络专题一专题二3.时间的相对性(时间延缓效应)在某运动的惯性系中发生了两个事件,在某参考系(例如地面)中的观察者认为两个事件时间间隔Δt,比相对该参考系运动的惯性系(例如飞船中)中观察者认为两个事件发生的时间间隔Δτ要长。具体关系为Δt=Δ𝜏1-𝑣𝑐2,简单来说,在运动的参考系中时钟变慢了。-5-本章整合专题突破知识网络专题一专题二【例1】在实验室中测得以速度0.8c运动的π介子的平均寿命为4×10-8s,问与π介子一起运动的观察者认为π介子的平均寿命是多少?解析:相对于π介子运动的实验室中测得π介子的平均寿命为Δt,则相对于π介子静止的参考系测得π介子的平均寿命为Δt'=Δ𝑡1-𝑣𝑐2=4×10−8×1-0.8𝑐𝑐2s=2.4×10-8s。答案:2.4×10-8s-6-本章整合专题突破知识网络专题一专题二专题二质速关系和质能关系1.质速关系物体的质量会随物体的速度的增大而增大,物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系为m=𝑚01-𝑣𝑐2。(1)v≪c时,𝑣𝑐2=0,此时有𝑚=𝑚0,也就是说低速运动的物体,可认为其质量与物体运动状态无关。(2)物体的运动速率无限接近光速时,其相对论质量也将无限增大,其惯性也将无限增大。其运动状态的改变也就越难,所以超光速是不可能的。-7-本章整合专题突破知识网络专题一专题二2.质能关系(1)相对于一个惯性参考系以速度v运动的物体其具有的相对论能量其中E0=m0c2为物体相对于参考系静止时的能量。(2)物体的能量变化ΔE与质量变化Δm的对应关系:ΔE=Δmc2。E=mc2=𝑚0𝑐21-𝑣𝑐2=𝐸01-𝑣𝑐2-8-本章整合专题突破知识网络专题一专题二【例2】太阳在不断地向外辐射能量,因而其质量也在不断地减小。若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J,试计算太阳在1s内失去的质量。估算太阳在5000年内总共减少了多少质量,并与太阳的总质量2×1030kg相比较。解析:由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其在1s内失去的质量为Δm=Δ𝐸𝑐2=4×1026(3×108)2kg=49×1010kg。5000年内太阳总共减少的质量为ΔM=5000×365×24×3600×49×1010kg=7.008×1020kg,与总质量相比P=Δ𝑀𝑀=7.008×10202×1030=3.504×10−10,比值非常小。答案:49×1010kg7.008×1020kg远小于太阳的总质量-9-本章整合专题突破知识网络专题一专题二专题二质速关系和质能关系1.质速关系物体的质量会随物体的速度的增大而增大,物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系为m=𝑚01-𝑣𝑐2。(1)v≪c时,𝑣𝑐2=0,此时有𝑚=𝑚0,也就是说低速运动的物体,可认为其质量与物体运动状态无关。(2)物体的运动速率无限接近光速时,其相对论质量也将无限增大,其惯性也将无限增大。其运动状态的改变也就越难,所以超光速是不可能的。-10-本章整合专题突破知识网络专题一专题二2.质能关系(1)相对于一个惯性参考系以速度v运动的物体其具有的相对论能量其中E0=m0c2为物体相对于参考系静止时的能量。(2)物体的能量变化ΔE与质量变化Δm的对应关系:ΔE=Δmc2。E=mc2=𝑚0𝑐21-𝑣𝑐2=𝐸01-𝑣𝑐2-11-本章整合专题突破知识网络专题一专题二【例2】太阳在不断地向外辐射能量,因而其质量也在不断地减小。若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J,试计算太阳在1s内失去的质量。估算太阳在5000年内总共减少了多少质量,并与太阳的总质量2×1030kg相比较。解析:由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其在1s内失去的质量为Δm=Δ𝐸𝑐2=4×1026(3×108)2kg=49×1010kg。5000年内太阳总共减少的质量为ΔM=5000×365×24×3600×49×1010kg=7.008×1020kg,与总质量相比P=Δ𝑀𝑀=7.008×10202×1030=3.504×10−10,比值非常小。答案:49×1010kg7.008×1020kg远小于太阳的总质量