（狹義相對論的其他結(jié)論、廣義相對論簡介）人教版高中物理選修3-4教學(xué)課件

1、 人教版高中物理選修3-4講解人：精品課件 時間：2020.5.25MENTAL HEALTH COUNSELING PPT第三節(jié) 狹義相對論的其他結(jié)論第四節(jié) 廣義相對論簡介第十五章 相對論簡介第一頁，共二十八頁。1.狹義相對論的兩個基本假設(shè)是什么？ 狹義相對性原理： 在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的 光速不變原理： 真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系。復(fù)習(xí)導(dǎo)入第二頁，共二十八頁。2.時間間隔的相對性指什么？3.長度的相對性指什么？復(fù)習(xí)導(dǎo)入第三頁，共二十八頁。狹義相對論的三個重要結(jié)論相對論的速度變換公式相對論質(zhì)量質(zhì)能方程復(fù)習(xí)導(dǎo)入第四頁，共

2、二十八頁。1.公式：2.各物理量的意義：v：火車(慣性系1)相對地面(慣性系2)的速度。u：物體相對火車(慣性系1)的速度。u：物體相對地面(慣性系2)的速度。一、相對論的速度變換公式第五頁，共二十八頁?！舅伎肌浚簩⑺俣茸儞Q公式，用u表示u的式子是怎樣的？此時各量的意義：v：火車(慣性系1)相對地面(慣性系2)的速度。u：物體相對火車(慣性系1)的速度。u：物體相對地面(慣性系2)的速度。一、相對論的速度變換公式第六頁，共二十八頁。【思考與討論】：1.如果u和v都很大，例如u=0.6c， v =0.6c，它們的合速度為多大？例如u=0.9c， v =0.9c，它們的合速度為多大？u=0.882

3、cu=0.994c2.如果u=c，即在運動參考系中觀察光的速度是c，求另一個參考系中光的速度u。結(jié)果說明什么？u=c，說明光在不同參考系中的速度都相同，即為c。一、相對論的速度變換公式第七頁，共二十八頁。【例1】.地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5l08 ms從他身邊飛過，另一飛船B以速度2.0l08ms 跟隨A飛行。求： A上的乘客看到B的相對速度； B上的乘客看到A的相對速度。 中國航天A中國航天B一、相對論的速度變換公式第八頁，共二十八頁。1u=vvc2uu=1.125108 m/s 2.5108=2.01089.010162.51082.01081=u2.0108 m/s =v2

4、.5108 m/s 解：飛船A(火車)相對地球的速度為飛船B 相對地球的速度為飛船B 相對飛船A(火車)的速度為u,一、相對論的速度變換公式第九頁，共二十八頁。1u=vvc2uu=1.125108 m/s 2.0108=2.51089.010162.01082.51081=u2.5108 m/s =v2.0108 m/s 飛船B(火車)相對地球的速度為飛船A 相對地球的速度為飛船A相對飛船B(火車)的速度為u,一、相對論的速度變換公式第十頁，共二十八頁。1.公式：2.各物理量的意義：m0：物體的靜止時的質(zhì)量v：物體運動的速度m：物體以速度v運動時的質(zhì)量二、質(zhì)量和速率的關(guān)系第十一頁，共二十八頁。

5、3.質(zhì)速關(guān)系曲線300.10.20.30.40.50.6120.70.80.91.0v/cm(v)/m0二、質(zhì)量和速率的關(guān)系第十二頁，共二十八頁?！纠?】.如一觀察者測出電子質(zhì)量為2m0，問電子速度為多少？（m0為電子的靜止質(zhì)量） 21=v21c20.866vc=23c2m0=v21c2m0解：二、質(zhì)量和速率的關(guān)系第十三頁，共二十八頁。這就是著名的質(zhì)能方程看書找答案1.公式：2.各物理量的意義：m：物體的質(zhì)量E：質(zhì)量為m的物體所具有的全部能量質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量之間的關(guān)系。3.意義：三、質(zhì)能方程第十四頁，共二十八頁。4.物體動能公式：三、質(zhì)能方程物體的動能運動時的能量靜止時

6、的能量在v c 時的一種近似,這就是動能表達(dá)式。第十五頁，共二十八頁?！纠?】、兩個電子相向運動，每個電子對于實驗室的速度都是0.8c，在實驗室觀測兩個電子的總動能是多少？以一個電子為參考系，兩個電子的總動能又是多少？ 解：在實驗室中觀測電子的質(zhì)量：在實驗室的總動能：三、質(zhì)能方程第十六頁，共二十八頁。解：以乙電子為“靜止”參考系，實驗室v=0.8c，甲對實驗室u=0.8c，甲對乙的速度：對乙電子，甲電子的質(zhì)量：=4.56me以乙電子為參考系，甲電子的動能：=3.56mec2三、質(zhì)能方程第十七頁，共二十八頁。超越狹義相對論的思考 愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題：1、引力問題 萬有引力定

7、律無法納人狹義相對論的理論框架；2、非慣性系問題， 狹義相對論只適用于慣性系，為什么慣性系具有這樣的地位？狹義相對論無法解釋 三、質(zhì)能方程第十八頁，共二十八頁。1、廣義相對性原理： 在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。四、廣義相對性原理和等效原理伽利略相對性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系都是相同的愛因斯坦狹義相對性原理(1905年) 在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都有是相同的； 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。邏輯形式逐漸簡約第十九頁，共二十八頁。2、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。四、

8、廣義相對性原理和等效原理第二十頁，共二十八頁。 如果飛船做勻加速運動，在光向右傳播的同時，飛的速度也在不斷增大，因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲 如果飛船做勻速直線運動，船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條直線（虛線） 飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的（水平向右）五、廣義相對論的幾個結(jié)論第二十一頁，共二十八頁。通常物體的引力場都太弱，20世紀(jì)只能觀測到太陽引力場引起的光線彎曲五、廣義相對論的幾個結(jié)論太陽由于太陽引力場的作用，我們有可能觀測到太陽后面的恒星，最好的觀測時間是發(fā)生日全食的時候1919年5月29日，發(fā)生日全食，英國考察隊分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測

9、，證實了愛因斯坦的預(yù)言，這是對廣義相對論的最早證實第二十二頁，共二十八頁。透鏡效應(yīng) 星球的強引力場能使背后傳來的光線匯聚，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng)星體星體無法觀測黑洞宇宙中很可能存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無法直接觀測，但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使其附近產(chǎn)生極強的引力場，引力透鏡是探索黑洞的途徑之一五、廣義相對論的幾個結(jié)論第二十三頁，共二十八頁。2、引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別 對于高速轉(zhuǎn)動的圓盤，除了轉(zhuǎn)動軸的位置外，各點都在做加速運動，越是靠近邊緣，加速度越大，方向指向盤心 地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對論，靠近邊緣部位的時間進(jìn)程較慢圓盤上的人認(rèn)為：盤上

10、存在引力場，方向由盤心指向邊緣，靠近邊緣的位置引力勢較低，得出：引力勢較低的位置，時間進(jìn)程比較慢五、廣義相對論的幾個結(jié)論第二十四頁，共二十八頁。各類星體對比宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時間進(jìn)程比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移3、引力紅移五、廣義相對論的幾個結(jié)論第二十五頁，共二十八頁。狹義、廣義相對論比較狹義相對論廣義相對論不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的 任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同的真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的 一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價更進(jìn)一步等效原理光速恒定愛因斯坦相對性原理廣義相對性原理五、廣義相對論的幾個結(jié)論第二十六頁，共二十八頁。五、廣義相對論的幾個結(jié)論對于時空觀的認(rèn)識物