高中物理 15.3《狹義相對(duì)論的其他結(jié)論》 新人教選修34

高中物理新人教版

選修３-4系列課件.15.3《狹義相對(duì)論的

其他結(jié)論》.教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：（1）運(yùn)動(dòng)速度的相對(duì)論變換（2）相對(duì)論質(zhì)量（3）質(zhì)能方程過(guò)程與方法：讓學(xué)生體會(huì)到自洽性檢驗(yàn)是科學(xué)理論研究的一個(gè)基本方法。情感態(tài)度和價(jià)值觀：體會(huì)物理學(xué)中蘊(yùn)含的簡(jiǎn)單與和諧之美（質(zhì)能方程）教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：三個(gè)公式難點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)速度的相對(duì)性變換.狹義相對(duì)論的其他三個(gè)結(jié)論狹義相對(duì)論的三個(gè)重要結(jié)論…相對(duì)論的速度疊加公式相對(duì)論質(zhì)量質(zhì)能方程.(1)相對(duì)論的速度疊加

由于時(shí)間和空間的相對(duì)性，對(duì)于物體的速度，在某一慣性系S’內(nèi)觀測(cè)，要用S’系的時(shí)間和空間坐標(biāo)表示；在另一慣性系S內(nèi)觀測(cè)，要用S系的時(shí)間和空間坐標(biāo)表示。這樣，速度疊加公式就不再是絕對(duì)時(shí)空的速度疊加公式了。假如S’和S兩系的坐標(biāo)軸相平行，S’以速度ν沿x軸而運(yùn)動(dòng)，一質(zhì)點(diǎn)以u(píng)’相對(duì)S’沿x’軸而運(yùn)動(dòng)，則相對(duì)S，其速度u為這是相對(duì)論的速度疊加公式。如果u’＜c，則u＜c；如果u’＝c(光速)，則u＝c．與相對(duì)論的時(shí)空概念相協(xié)調(diào)。.v車外的人看到車上人相對(duì)地面的速度為：.例1地球上一觀察者，看見(jiàn)一飛船A以速度2.5×l03m／s從他身邊飛過(guò)，另一飛船B以速度2.0×l08m／s跟隨A飛行。求：（1）A上的乘客看到B的相對(duì)速度；（2）B上的乘客看到A的相對(duì)速度。中國(guó)航天A中國(guó)航天B結(jié)束目錄.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)設(shè)地球?yàn)镵系，飛船A為K′系。由已知條件可知K′系相對(duì)K系是速度為飛船B在K系中的速度為飛船B在K′系中的速度為中國(guó)航天A中國(guó)航天BK′Kuvx結(jié)束目錄.

(2)設(shè)地球?yàn)镵系，飛船B為K′系。由已知條件可知K′系相對(duì)K系是速度為=ux2.5×108m/s=v2.0×108m/s飛船A在K系中的速度為1u=xvvc2uxux′=1.125×108m/s2.0×108=2.5×1089.0×1016×2.0×1082.5×1081飛船A在K′系中的速度為中國(guó)航天A中國(guó)航天BKuxK′vux′結(jié)束目錄.練習(xí)1一原子核以0.5c的速度離開(kāi)一觀察者而運(yùn)動(dòng)。原子核在它運(yùn)動(dòng)方向上向前發(fā)射一電子，該電子相對(duì)于核有0.8c的速度；此原子核又向后發(fā)射了一光子指向觀察者。對(duì)靜止觀察者來(lái)講，（1）電子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。結(jié)束目錄.解：設(shè)觀測(cè)者為K系，原子核為K′系。電子在K′系中的速度為：K′系相對(duì)K系是速度為：0.8c=ux′=v0.5c+×=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c++1u=xvvc2uxux′′電子在K系中的速度為：根據(jù)光速不便原理，光子的速度為c。結(jié)束目錄.(2).質(zhì)量和速率的關(guān)系

在經(jīng)典物理的概念里，一個(gè)物體的質(zhì)量為一常量，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。但是在相對(duì)論理論里，質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。物體的靜止質(zhì)量m0是一常量，相對(duì)任何慣性系均為m0，而物體以速度ν運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的(運(yùn)動(dòng))質(zhì)量m為質(zhì)量隨速率增加而變大，實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了這個(gè)公式。從質(zhì)量和速度的關(guān)系式可以看出，當(dāng)物體速度趨近于光速時(shí)，質(zhì)量將趨向無(wú)限大。這是不可能的。一切物體的速度都永遠(yuǎn)小于真空中的光速。.(2)相對(duì)論質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無(wú)限增加，那么物體的質(zhì)量是否隨著速度而變化？嚴(yán)格的論證表明，物體高速（與光速相比）運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與它靜止時(shí)的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系：m為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m0為靜止質(zhì)量.質(zhì)速關(guān)系曲線.微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止質(zhì)量．在研究制造回旋加速器時(shí)必須考慮相對(duì)論效應(yīng)的影響．1988年，中國(guó)第一座高能粒子加速器——北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)首次對(duì)撞成功.例2如一觀察者測(cè)出電子質(zhì)量為2m。，問(wèn)電子速度為多少？（m。為電子的靜止質(zhì)量）結(jié)束目錄.21=v21c20.866vc==23c2m0=v21c2m0解：結(jié)束目錄.練2某人測(cè)得一靜止棒長(zhǎng)為人質(zhì)量為m，于是求得此棒線密度為ρ=m/l。假定此棒以速度v在棒長(zhǎng)方向上運(yùn)動(dòng)，此人再測(cè)棒的線密度應(yīng)為多少，若棒在垂直長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)，它的線密度又為多少？結(jié)束目錄.=ρv21c2m′=v21c2ml′=v21c2l解：(1)ρ=′′l′mmρ=′lv21c2()解得：結(jié)束目錄.m′=v21c2m=v21c2ρl′=l(2)ρ=′′l′mmρ=′lv21c2解得：結(jié)束目錄.物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系：物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：愛(ài)因斯坦（3）質(zhì)能方程這就是著名的質(zhì)能方程.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.物體的動(dòng)能運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量靜止時(shí)的能量在v＜＜c時(shí)的一種近似,這就是動(dòng)能表達(dá)式．.例3設(shè)電子的速度為(1)1.0×106m/s;(2)2.0×108m/s,試計(jì)算電子的動(dòng)能各是多少？如用經(jīng)典力學(xué)公式計(jì)算電子動(dòng)能又各為多少？結(jié)束目錄.Emck112=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=4.55×10-19J=×0.511×106×1.602×10-19()11213001解：(1)按《相對(duì)論》計(jì)算當(dāng)電子的速度為v1=1.0×106m/s時(shí)的動(dòng)能結(jié)束目錄.Emck222=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=2.79×10-14J=×0.511×106×1.602×10-19()11213.02.0當(dāng)電子的速度為v2=1.0×108m/s時(shí)的動(dòng)能結(jié)束目錄.(2)按《經(jīng)典力學(xué)》計(jì)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=結(jié)束目錄.例4兩個(gè)氖核組成質(zhì)量數(shù)為4、原子量為4.0015u的氦核。試計(jì)算氦核放出的結(jié)合能。結(jié)束目錄.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：氘核靜止質(zhì)量其中u為原子質(zhì)量單位結(jié)束目錄.練3太陽(yáng)由于向四面空間輻射能量，每秒損失了質(zhì)量4×109kg。求太陽(yáng)的輻射功率。結(jié)束目錄.=3.6×1026J/s=3.6×1026W4×109×(3×108)=21P==2ΔmcΔt2Δmc解：結(jié)束目錄.練4一個(gè)電子從靜止開(kāi)始加速到0.1c的速度，需要對(duì)它作多少功？速度從0.9c加速到0.99c又要作多少功？結(jié)束目錄.=v21c2mc02mc02()=v21c2m0c211()=1110.12×0.511×106=2.57×103eV=keV2.57=mc2mc02A解：(1)結(jié)束目錄.=2.45×103eV=keV2.45(2)=mc2mc12A2()=v21c2m0c212v21c211()=110.992×0.511×106110.92結(jié)束目錄.作業(yè)P108123..9、靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹(shù)，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:52PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見(jiàn)頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見(jiàn)翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見(jiàn)青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒(méi)有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒(méi)有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:52PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿，留一份不足，可得無(wú)限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如同和過(guò)去最杰出的人談話。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:53PM11、越是沒(méi)有本領(lǐng)的就越加自命不凡。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、越是無(wú)能的人，越喜歡挑剔別人的錯(cuò)兒。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強(qiáng)。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過(guò)于提升自我。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、