2018-2019學(xué)年高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 第1講 牛頓眼中的世界 愛(ài)因斯坦眼中的世界課件 魯科版選修3-4.ppt

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1、第6章——,相對(duì)論與天體物理,,第1講牛頓眼中的世界愛(ài)因斯坦眼中的世界,目標(biāo)定位1.知道經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理,知道狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和它的兩個(gè)基本假設(shè).2.知道狹義相對(duì)論的幾個(gè)主要結(jié)論.3.了解絕對(duì)時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的主要區(qū)別,體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響.4.知道相對(duì)論速度變換公式.,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、牛頓眼中的世界,1.經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理(1)經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理:規(guī)律在任何系中都是相同的.(2)慣性系:處于或直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體.,力學(xué),慣性,靜止,勻速,2.絕對(duì)時(shí)空觀(1)絕對(duì)時(shí)空觀:時(shí)間和空間是的.(2)絕對(duì)時(shí)間:“同時(shí)”是絕對(duì)的,時(shí)間也是絕對(duì)的,時(shí)

2、間永遠(yuǎn)均勻地流逝著,與物質(zhì)關(guān),與運(yùn)動(dòng)關(guān).(3)絕對(duì)空間:宇宙中存在一個(gè)絕對(duì)靜止的參考系,力學(xué)規(guī)律首先應(yīng)當(dāng)能在這個(gè)參考系中準(zhǔn)確地陳述,這個(gè)絕對(duì)靜止的慣性系與時(shí)間關(guān),永恒不變,它可以脫離物質(zhì)獨(dú)立存在.,無(wú),無(wú),慣性,無(wú),絕對(duì),二、愛(ài)因斯坦眼中的世界,1.狹義相對(duì)論的兩條基本原理(1)狹義相對(duì)性原理:規(guī)律(力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等)對(duì)于所有系都具有相同的形式.(2)光速不變?cè)恚涸谌魏蜗抵?,光在真空中的速度恒為,與光源的運(yùn)動(dòng)和觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)關(guān).,物理,慣性,慣性,無(wú),c,2.狹義相對(duì)論中的時(shí)間與空間(1)同時(shí)是相對(duì)的①狹義相對(duì)論中的“同時(shí)”不再具有絕對(duì)的意義,不同慣性參考系的觀察者對(duì)兩個(gè)事件是否“同時(shí)”發(fā)

3、生的回答可能是不同的,這與觀察者所在參考系的運(yùn)動(dòng),即“同時(shí)”是的.,有關(guān),相對(duì),②時(shí)間延緩效應(yīng)同一個(gè)物理過(guò)程,乘客測(cè)得時(shí)間為Δt′,站臺(tái)上的觀察者測(cè)得的時(shí)間為Δt,則Δt′與Δt的關(guān)系為:Δt=,,(2)長(zhǎng)度是相對(duì)的①在狹義相對(duì)論時(shí)空觀中,長(zhǎng)度也與觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān).②長(zhǎng)度縮短效應(yīng)地面觀察者測(cè)得的長(zhǎng)度為l,相對(duì)觀察者靜止時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度為l0,則l=l03.相對(duì)論的速度疊加狹義相對(duì)論的速度疊加公式為u=u是物體相對(duì)靜止參考系的速度,v是運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)靜止參考系的速度,u′是物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)參考系的速度.,,,一、對(duì)狹義相對(duì)論的理解,,1.各物理量有可能因?yàn)樗x擇參考系的不同而不同,但是它們遵從的物理

4、規(guī)律是相同的.2.光速不變?cè)韽?qiáng)調(diào)真空中的光速不變,與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系.3.狹義相對(duì)論中的“同時(shí)”相對(duì)性、運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢、長(zhǎng)度的收縮等效應(yīng)只有在高速運(yùn)動(dòng)的情況下才會(huì)有明顯的觀測(cè)結(jié)果,在低速世界(v?c)中這些效應(yīng)可以忽略.,例1如圖1所示,考慮幾個(gè)問(wèn)題:,圖1,(1)如圖所示,參考系O′相對(duì)于參考系O靜止時(shí),人看到的光速應(yīng)是多少?(2)參考系O′相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng),人看到的光速應(yīng)是多少?(3)參考系O相對(duì)于參考系O′以速度v向左運(yùn)動(dòng),人看到的光速又是多少?,解析根據(jù)狹義相對(duì)論理論,光速是不變的,都應(yīng)是c.答案(1)c(2)c(3)c,二、時(shí)間和空間的相對(duì)性,例2如圖

5、2所示,沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛,當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光,列車上的觀測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是()A.同時(shí)被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮D.無(wú)法判斷,圖2,解析因列車沿AC方向接近光速行駛,根據(jù)“同時(shí)”的相對(duì)性,即前邊的事件先發(fā)生,后邊的事件后發(fā)生可知C先被照亮.答案C,例3在一飛船上測(cè)得飛船的長(zhǎng)度為100m,高度為10m.當(dāng)飛船以0.6c的速度從你身邊經(jīng)過(guò)時(shí),按你的測(cè)量,飛船有多高、多長(zhǎng)?解析因?yàn)殚L(zhǎng)度收縮只發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的方向上,與運(yùn)動(dòng)垂直的方向上沒(méi)有這種效應(yīng),故測(cè)得的飛船的高度仍為原高度10m.設(shè)飛船原長(zhǎng)為l0,觀測(cè)到飛船的長(zhǎng)度

6、為l,則根據(jù)尺縮效應(yīng)有l(wèi)=l0=100m=80m.,所以測(cè)量的飛船的高度和長(zhǎng)度分別為10m、80m.答案測(cè)量的飛船的高度和長(zhǎng)度分別為10m、80m.,三、對(duì)相對(duì)論速度變換公式的理解,設(shè)參考系相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)速度為v,參考系中的物體以速度u′沿參考系運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)參考系運(yùn)動(dòng),那么物體相對(duì)地面的速度u=.,1.當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)方向與參考系相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí),公式中的u′取負(fù)值.2.若物體運(yùn)動(dòng)方向與參考系運(yùn)動(dòng)方向不共線,此式不可用.3.由公式可知:u一定比u′+v小,但當(dāng)u′和v都比c小得多時(shí),可認(rèn)為u=u′+v,這就是低速下的近似,即經(jīng)典力學(xué)中的速度疊加.4.當(dāng)u′=v=c時(shí),u=c,證明了光速是速

7、度的極限,也反證了光速不變?cè)恚?例4一粒子以0.05c的速率相對(duì)實(shí)驗(yàn)室參考系運(yùn)動(dòng).此粒子衰變時(shí)發(fā)射一個(gè)電子,電子相對(duì)于粒子的速度為0.8c,電子的衰變方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向相同.求電子相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室參考系的速度.,解析已知v=0.05c,u′=0.8c.由相對(duì)論速度疊加公式得,答案0.817c,對(duì)狹義相對(duì)論的理解,,1.關(guān)于狹義相對(duì)論,下列說(shuō)法不正確的是()A.狹義相對(duì)論認(rèn)為在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的B.狹義相對(duì)論認(rèn)為在一切慣性系中,光在真空中的速度都等于c,與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)C.狹義相對(duì)論只涉及無(wú)加速度運(yùn)動(dòng)的慣性系D.狹義相對(duì)論任何情況下都適用,解析根據(jù)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)可知,

8、選項(xiàng)A、B正確;狹義相對(duì)論只涉及慣性參考系,不涉及非慣性參考系,選項(xiàng)D錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確.答案D,2.如圖3所示,A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘,A放在地面上,B、C分別放在以速度vB和vC朝同一方向飛行的兩枚火箭上,且vB<vC.地面上的觀察者認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢?哪個(gè)時(shí)鐘走得最快?,時(shí)間和空間的相對(duì)性r,圖3,解析地面上的觀察者認(rèn)為C鐘走得最慢,因?yàn)樗鄬?duì)于觀察者的速度最大.根據(jù)公式Δt=可知,相對(duì)于觀察者的速度v越大,其上的時(shí)間進(jìn)程越慢;由Δt=知Δt′<Δt,故地面上的鐘走得最快.,答案火箭C上的時(shí)鐘走得最慢,地面上的鐘走得最快,3.長(zhǎng)度測(cè)量與被測(cè)物體相對(duì)于觀察者的運(yùn)動(dòng)有關(guān),物體在運(yùn)動(dòng)方

9、向長(zhǎng)度縮短了.一艘宇宙飛船的船身長(zhǎng)度為L(zhǎng)0=90m,相對(duì)地面以u(píng)=0.8c的速度在一觀測(cè)站的上空飛過(guò).(1)觀測(cè)站測(cè)得飛船的船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少?,答案2.2510-7s,(2)宇航員測(cè)得船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少?,答案3.7510-7s,4.一高能加速器沿相反方向射出兩個(gè)質(zhì)點(diǎn),速度均為0.6c,則它們的相對(duì)速度是多少?解析以其中任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)參考系,要求的就是另一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在該運(yùn)動(dòng)參考系下的運(yùn)動(dòng)速度u′.由題意知,運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)靜止參考系的速度v=0.6c,質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜止參考系的速度u=-0.6c.,可解得u′≈-0.88c,即該質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參考系(另一質(zhì)點(diǎn))的速度大小為0.88c.,答案0.88c,

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