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

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(lèi)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)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)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),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t，站臺(tái)上的觀察者測(cè)得的時(shí)間為t，則t與t的關(guān)系為：t,(2)長(zhǎng)度是相對(duì)的在狹義相對(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)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ll03相對(duì)論的速度疊加狹義相對(duì)論的速度疊加公式為uu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(vc)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(chē)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(chē)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BA先被照亮CC先被照亮D無(wú)法判斷,圖2,解析因列車(chē)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)度為l，則根據(jù)尺縮效應(yīng)有l(wèi)l0100m80m.,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uv小，但當(dāng)u和v都比c小得多時(shí)，可認(rèn)為uuv，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)uvc時(shí)，uc，證明了光速是速度的極限，也反證了光速不變?cè)?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v0.05c，u0.8c.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，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vBvC.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t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t知t<t，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)方向長(zhǎng)度縮短了一艘宇宙飛船的船身長(zhǎng)度為L(zhǎng)090m，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2.25107s,(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3.75107s,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v0.6c，質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜止參考系的速度u0.6c.,可解得u0.88c，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,