高二物理狭义相对论的其他结论PPT优秀课件

Ek＝E－E0＝m0c2[
1 －1]．
1－vc
2
当 v≪c 时，由数学知识可得：Ek≈12m0v2.
第十五章 相对论简介
第十五章 相对论简介
4．如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化 ΔE＝Δmc2，这个方程常应用在核能的开发和利用 上．如果系统的质量亏损为Δm，就意味着有ΔE的 能量释放．
【解析】 (1)取 A 飞行的方向为正，A 上的乘客看到地面
的速度为 u′＝－2.5×108 m/s，B 相对地面的速度 v B 的速度为：
u
＝
u′＋v 1＋u′v/c2
＝
－2.5×108－2.0×108 1＋－2.5×1038××10－822 .0×108
是：m＝____1_－__vc__2 ___，因为总有v<c.可知物体运动时的
质量m总大_于_____它静止时的质量m0.
第十五章 相对论简介
3．质能方程 物体质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：_E_＝__m_c_2___. 二、广义相对论简介 1．广义相对性原理 在任何参考系中，物理规律都是__相__同__的． 2．等效原理 一 个均__匀___ 的 引 力 场 与 一 个做_匀_加__速__运__动______ 的 参 考 系 等 价． 3．广义相对引论力的几个结论 (1)物质的______使光线弯曲． 时间进程 (2)引力场的存在使空慢间不同位置的__________出现差别， 引力场越强，时间越_____．
＝____________.
第十五章 相对论简介
(2)结论：光速c是宇宙速度的_极_限____，且相对任何参考系， 光速都是_不_变___的． 2．相对论质量 (1)经典力学：物体的质量是不__变___的，一定的力作用在物 体 上 产 生 的 加 速一度定_____ ， 足 够 长 时 间 后 物 体 可 以任达意到 ______的速度． (2)相对论：物体的质量随物体速度增大而_增__大___． 物体以速度v运m动0 时的质量m与静止时的质量m0之间的关系

这个黑洞质量大约是太阳的 5 倍,其 特别之处在于:它是人类历史上发 现的最年轻的黑洞,仅仅 31 岁。广义 相对论预言:黑洞中心是一个“奇 点”,所有的物质都集中在这个点上, 密度因而是无限大。你对这一现象
有什么思考呢?
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探究一
探究二
2.相对论质量
相对论中质量和速度的关系为 m= 注意:
������0
1-
������ ������
2
。理解这个公式时要
(1)式中m0是物体静止时的质量(也称为静质量),m是物体以速度v 运动时的质量。这个关系式称为相对论质速关系,它表明物体的质
50 9×1016
kg≈5.56×10-16 kg。
答案:50 J 5.56×10-16 kg
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探究一对狭义相对论几个结论的理解 问题导引
一列火车正以v=50 m/s的速度高速行驶,列车内一乘客以相对列 车u'=5 m/s的速度向前跑,站台上的观察者测得该乘客的速度是 u=v+u'=55 m/s。若列车的速度是0.9c,乘客的速度是0.5c,那么站台 上的观察者测得该乘客的速度是0.9c+0.5c=1.4c吗?
它们是促成广义相对论的前提。

______.
一、对质速关系式 m＝
m0 的理解 1－vc 2
1．式中 m0 是物体静止时的质量(也称为静质量),m 是 物体以速度 v 运动时的质量.这个关系式表明:物体的 质量会随物体速度的增大而增大.
2.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. 3.微观粒子的速度很高,因此粒子运动的质量明显大 于静质量.
(_2)_结__论_:_光_速__c_是_宇. 宙速度的_极__限__,且相对任何参考 系,光速都是__不__变__的.
●2．相对论质量 ●(1)经典力学:物体的质量是__不__变__的,一定的 力作用在物体上产生的加速度_一__定__,足够长时 间后物体可以达到_任__意___的速度.
●(2)相对论:物体的质量随物体速度增大而 _增__大___.
长度的相对性.线密度 ρ＝ml ,当棒沿棒长方向运动 时,m、l 都发生变化,这时要通过推算来解决,考虑 问题时不能漏了 m 或 l 的变化.当棒沿垂直长度方 向运动时,只有 m 发生变化.
质能方程的应用
例2 电子静止时质量为9.1×10－31 kg,被加速器 加速后,其能量为1.28×109 eV,问加速后电子的质 量是多少?是静止质量的多少倍? 【思路点拨】 电子被加速后的能量是电子的总 能量,而不只是电子具有动能,满足公式E＝mc2.
三、广义相对论的几个结论 1.光线在引力场中偏转:根据广义相对论,物质的引 力会使光线弯曲,引力场越强,弯曲越厉害.通常物 体的引力场都太弱,但太阳引力场却能引起光线比 较明显的弯曲. 2.引力红移:按照广义相对论,引力场的存在使得空 间不同位置的时间进程出现差别.例如,在强引力的 星球附近,时间进程会变慢,因此光振动会变慢,相 应的光的波长变长、频率变小,光谱线会发生向红 光一端移动的现象.光谱线的这种移动是在引力作 用下发生的,所以叫“引力红移”.

解：设太阳的辐射功率为P：
二、对相对论质量和质能方程的理解
例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0.9 c 加速到0.99 c 又要作多少功？ 解：设将电子加速到0.1c所需做功为W：
二、对相对论质量和质能方程的理解
例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0.9 c 加速到0.99 c 又要作多少功？ 同理，设将电子从0.9c加速到0.99c所需做功为W’：
选修3-4
第十五章 相对论简介 3 狭义相对论的其他结论
复习
1. 狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的。
2. 光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，
光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
1. “同时”的相对性 2. 动尺变短 3. 动钟变慢
新知预习
一.相对论速度变换公式： 设高速行驶的火车的对地速度为v，车上的人以速度u′沿着 火车前进的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度
其中E0＝m0c2为物体相对 于参考系静止时的能量．
(2)在相对论下，运动物
体的动能Ek＝mc2－m0c2.
(3)物体的能量变化ΔE与质量变化Δm的对应关系为 : ΔE＝Δmc2.
二、对相对论质量和质能方程的理解
例3.太阳由于向四面空间辐射能量，每秒损失了质量 4×109 kg。 求太阳的辐射功率。
为 v = 2.5×108 m/s
飞船B 在K系中的速度为
中 国 航 天
中 国 航 天
A
K系
ux = 2.0×108 m/s
飞船B 在K＇系中的速度为
u´x
=
1
ux v c

具体推导过程如下：
Ek E E0 E mc 2
E0 m0c2
v 1 c
Ek
m0c 2 1 v 2
m0c 2
c
1 v 2 1 1 v 2
c
2c
Ek
m0c 2
m0c 2
1 2
m0
c
2
v c
2
1 1 v 2
2c
1 2
m0v 2
Ek
1 2
m0v 2
这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也
能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速 情况下的特例．
课本P116 思考与讨论
第三节 世界气温的分布
跳舞的小企鹅们
气温的分布规律
考考你：
千里冰封，万里雪飘的北国风光， 草长莺飞白花盛开的南国景色 思考：北国和南国的区别是什么？
位置不同：
北国纬度高，南国纬度低
生活在高纬度的动物们
可爱的北极熊
气温随海拔升高而降低
思考
请你找出年平均气温0℃等温线,陆地 上气温为0℃的等温线分布在哪里? 是什么地形?
亚欧大陆内部,明显是我国喜马拉雅山地区
自北向南世界年平均气温线的值在南北半球 如何变化?
自北向南北半球年平均气温值逐渐增大, 南半球年平均气温值逐渐减小.
思考
（1）等温线表示什么含义？
表示等温线的空间分布
（2）如何判读等温线？
等温线图中的等温线也有 有疏有密：等温线密集 的地方气温差别大（ 如图中的甲地）：等温线 稀疏的地方气温差别小。
哈尔滨位于北方，纬度较高，气温低，
思考 海南和哈尔滨的区别在哪里？
海南纬度低，气温高。
下列哪些 是描述气温受地形影响的 A、冬天海南炎热，植物葱绿；哈尔滨

第
十 三
狭义
讲
相对论
运动是相对的，在研究运动相对性问题时，认识到 了参考系的概念。
本章研究的问题:
在两个惯性系中考察同一物理事件
通常： 实验室参考系 定为S系 运动参考系 定为S’系
1.伽利略相对性原理
从“三大守恒定律”到“牛顿运动定 律”，完成了“经典力学”的构建。几 乎可以用来解释所有宏观、低速运动现 象。 正如欧几里德几何建立在几条基本假设 的基础上， “经典力学的大厦”建立在“伽利略时 空观”的假设上。
o
v
vt
P
o' x '
x xx
之t坐时标后刻的质点研在究两参都照是系限下的于应z用这些z ' 基本规
律S解系决具zxy 体zxy问'''v题t 。
S '系
x' x vt y' y z' z
t t'
t't
r＝r vt dr ＝dr v dt dt
u u'v a du dt a' du' dt
界 体
伽利略相对性原理
系
的 对
力学规律对所有惯性系平权——
话
》 力学规律在所有惯性系中有同样的表达形式。
伽经利典略力坐学标规变律换 ：
S S'
建一个立参在照系伽静利止-略---时--空S 观系，上y 的动y力' 学量的
守另v 运一恒动个条-参--照件-系--的沿S’规o系x范，轴。以 实t 施0 方时两法坐：标重合 牛x 顿x'运 0动定律
迈克尔孙-莫雷实验的“零”结果
基本假设：光是波动；光在“以太”中以速度c传播；“以太”

又用自己浓密微弯、活像蝌蚪般的粗眉； / 武汉网站建设 武汉做网站 ；毛计划出春绿色完美萦绕的手镯，只见她跳动的犹如神盔模样的棕褐色短发 中，狂傲地流出四组转舞着¤天虹娃娃笔→的仙翅枕头刀状的花灯，随着壮扭公主的摆动，仙翅枕头刀状的花灯像球杆一样，朝着女裁缝契雯娃姑婆破烂的天青色野猪样的 脸横跳过去……紧跟着壮扭公主也傻耍着功夫像怪藤般的怪影一样朝女裁缝契雯娃姑婆横跳过去随着两条怪异光影的瞬间碰撞，半空顿时出现一道深绿色的闪光，地面变成 了嫩黄色、景物变成了嫩黄色、天空变成了亮灰色、四周发出了发疯般的巨响！壮扭公主饱满亮润如同红苹果样的脸受到震颤，但精神感觉很爽！再看女裁缝契雯娃姑婆很 大的蓝宝石色海蜇一样的手掌，此时正惨碎成香炉样的钢灰色飞粉，飞速射向远方，女裁缝契雯娃姑婆惨喘着旋风般地跳出界外，疯速将很大的蓝宝石色海蜇一样的手掌复 原，但元气和体力已经大伤！壮扭公主：“什么玩意儿！你的业务怎么越来越差……”女裁缝契雯娃姑婆：“不让你看看我的真功夫，你个小傻瓜就不知道什么是高科技… …”壮扭公主：“牛屎插上再多的大蒜也变不了空间站！你的专业实在太垃圾了！”女裁缝契雯娃姑婆：“我让你瞧瞧我的『红烟酒鬼玉棒拳』，看你还竟敢小瞧我……” 壮扭公主：“嘿嘿！那我让你知道知道什么是真正名牌的原野！欣赏欣赏什么才是顶级原版的肥妹！认真崇拜一下纯天然的壮扭公主！！”女裁缝契雯娃姑婆超然紫红色马 心造型的胸部夸张飘荡蠕动起来……摇晃的脑袋穿出火橙色的朦胧傻云……紧缩的屁股窜出乳白色的飘飘余臭。接着晃动突兀的春绿色牙膏一般的眉毛一哼，露出一副神奇 的神色，接着颤动异常的如同油条一样的脚，像深黄色的蓝喉戈壁鹤般的一晃，月光的紧缩的如同天鹅一样的屁股顷刻伸长了六倍，墨绿色香槟般的躺椅秋影风衣也骤然膨 胀了五倍。紧接着像水绿色的亿肝孤山虫一样怪啸了一声，突然整出一个侧卧闪烁的特技神功，身上突然生出了五只酷似新月模样的暗白色牙齿！最后耍起跳动的如同水波 一样的肩膀一哼，狂傲地从里面抖出一道奇辉，她抓住奇辉风流地一甩，一套森幽幽、紫溜溜的兵器『黄雾锤妖鸡毛桶』便显露出来，只见这个这件神器儿，一边旋转，一 边

mc2 m0c2
m0c2 m0c2
( 1)m0c2
1
1
u2 c2
7.09
3.1
(二) 填空题
1．一个在实验室中以0.8c速度运动的粒子, 飞行
了3米后衰变. 则观察到同样的静止粒子衰变时
间为
。
t 3 / 0.8c
t
5/3
3 0.8 3108
3 5
=0.75×10-8(s )
(A)60cm (B)58cm
(C)30cm (D)92cm
[
]
5、一米尺静止于S’系中，米尺与O’X’轴夹 角600 。S’系相对于S系沿OX轴正向的运动速度 为0.8C,则在S系中观测到米尺的长度
(A)60cm (B)58cm(C)30c [x方向长度 y方向长度
cos 600 1 2
sin 600 3 2
3、尺缩效应
1）原长和运动长度
3、尺缩效应——纵向效应
1）.原长和运动长度
2）.尺缩公式 4、钟慢效应
l l0
1
u2 c2
1）.固有时和两地时 2）.钟慢公式
t
1
u2 c2
三、洛仑兹变换 1、坐标变换式 正变换
x=
x ut 1β 2
t
=
t
ux c 2 1β 2
逆变换
x=
x +ut 1β 2
t
（A）4秒；（B）6.25秒; (C)5秒 (D)2.56秒
[ c] 5、一米尺静止于S’系中，米尺与O’X’轴夹 角600 。S’系相对于S系沿OX轴正向的运动速度 为0.8C,则在S系中观测到米尺的长度
(A)60cm (B)58cm
(C)30cm (D)92cm [ D]

（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： ux´= 0.8c
K′系相对K系是速度为：
v = 0.5c 电子在K 系中的速度为：
ux
=
u´x+ v
1+
v c
u´x
2
=
0.8c + 0.5c = 0.93c 1+ 0.8×0.5
E
k1=
21m
v2
01
=
1× 2
9.1×10-31×
(1.0×106 )2
= 4.55×10-19 J
E
k2=
21m
v2
02
=
1× 2
9.1×10-31×
(1.0×108 )2
=1.82×10-14 J
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
解： (1)按《相对论》计算
当电子的速度为v1=1.0×106 m/s时的动能
E
k1=
m
c
1
2
m c2 0
=
m c2 0
1 v2 c2
=(
1
1 v2 c2
1)m c 2 0
m c2 0
=
1 1 ( 1 )2
1 ×0.511×106×1.602×10-19
300
= 4.55×10-19 J
1
1 0.99 2
1
)m c 2
1 v2 c2
0
1
1
1 0.9
2
) ×0.511×106

教 学 方 案 设 计
课 前 自 主 导 学
菜单
新课标 ·物理 选修3-4
课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
教 学 教 法 分 析
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课 时 作 业
演示结束
新课标 ·物理 选修3-4
学
当
方 案
②相对论：物体的质量随物体 速度增加 而增大．
堂 双
设
基
计 课
物体以速度
v
运动时的质量
m0
m
与静止时的质量
m0
之间
达 标
前
自 主
的关系是：m＝
1－（cv）2
，因为总有 v<c，可知运动物体
课 时
导
作
学 的质量 m 总要大于 它静止时的质量 m0.
业
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教 学 教 法 分 析
教
学
教
法
分
课标解读
析
课
堂
互
重点难点
动 探
究
教 学
1.相对论速度变换公 当
方 案
能记住相对论速度变换公式，相对
式．(重点)
堂 双
设 计
论质量和质能方程.
2.对相对论质速关系
基 达
的理解．(难点)
标
课
前
自
课
主
时
导
作
学
业
菜单
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教
学

u′v c2
≈1，u＝u′＋
v，相对论速度变换公式与经典的速度变换公式就统一起来。
2．一定量的质量与能量相对应，那么质量变化时其能量一 定变化吗？
提示：由质能方程ΔE＝Δmc2可知，质量变化时，一定对应 能量的变化。
例 1 现在有一个静止的电子，被电压为 107 V 的电场加速 后，质量增大了多少？其质量为多少？(m0＝9.1×10－31 kg，c＝ 3×108 m/s)
微观粒子的运动速度很高，它的质量明显大于静止质量，在粒
子加速问题中注意考虑这一问题。
要点二 广义相对论简介
1.狭义相对论无法解决的问题 (1)万有引力理论无法纳入狭义相对论框架。 (2)惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位。 2．广义相对论的基本原理
(1)广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是相同 的。
例 3 在适当的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星， 这说明恒星发出的光( )
A．经过太阳时发生了衍射 B．可以穿透太阳及其他障碍物 C．在太阳引力场作用下发生了弯曲 D．经过太阳外的大气层时发生了折射
解析：根据爱因斯坦的广义相对论可知，光线在太阳引力 场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候(如日全食时)通 过仪器观察到太阳后面的恒星，故C正确，A、B、D均错。
(1)静止物体的能量为E0＝m0c2，这种能量叫做物体的静质 能。每个有静质量的物体都具有静质能。
(2)物体的总能量E为动能与静质能之和，即E＝Ek＋E0＝ mc2(m为动质量)。
(3)对于一个以速率v运动的物体，其动能
Ek＝m0c2[
11－vc22－1]。
当v≪c时，
1－vc2≈1－12(vc)2，代入上式得：
(2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参 考系等价。