粤教版物理选修3-4同步教学课件：5.3-5.5 质能方程与相对论速度合成定理 广义相对论 宇宙学简介18张PPT

课件18张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、狭义相对论的其他结论
1.相对论质量
(1)经典力学:物体的质量是不变的。
(2)相对论:物体的质量随物体速度的增加而增大,
2.质能方程
一定的质量与一定的能量相对应,两者存在简单的正比关系,即E=mc2,式中m是物体的质量,E是它具有的能量。目标导航预习导引一二三3.相对论速度合成定理
(1)公式:如图,火车行驶速度为v,人相对火车的速度是u'(v和u'同向),那么人相对地面的速度为
(2)说明:若如图车上人的运动方向与火车运动方向相反,式中u'取负值,若两者运动方向垂直或成其他角度,上式不适用。目标导航预习导引一二三如图所示,小河中流水的速度是3 m/s,小船顺流而下,由于划船,它相对于水的速度是1 m/s,那么船相对于河岸的速度是多少?假设水流的速度是0.7c(c为真空中的光速),而小船相对于水的划行速度是0.3c,还能这样求船相对于河岸的速度吗?
提示 如果物体的速度远小于真空中的光速,可以直接用u=u'+v,求对地速度u。其中 v为参考系相对于地的速度,u'为物体相对参考系的速度,u为物体对地速度。但当速度接近真空中的光速时就要考虑相对论速度合成公式。目标导航预习导引一二三二、广义相对论
1.广义相对论的基本原理
(1)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。
(2)广义相对性原理:在任何参考系中,物理规律都是相同的。
2.广义相对论的几个结论及相关实验验证
(1)光线在引力场中偏转。
(2)引力红移:引力场的存在使空间不同位置的时间进程出现差别,而使矮星表面原子发光频率偏低。
(3)水星轨道近日点的进动。目标导航预习导引一二三三、宇宙学简介
1.1929年,美国天文学家哈勃通过观测发现一些星系在彼此退行和远离,这说明宇宙正在膨胀。
2.20世纪40年代,美籍苏联科学家伽莫夫提出了宇宙大爆炸学说。
3.目前,科学家们已经计算出了宇宙的大小和年龄分别是1.0×1026 m<半径<2.0×1026 m、1.0×1010 年<年龄<2.5×1010 年。?
4.一般说来,太阳系和银河系大约起源于宇宙开始后的50亿年,而地球则产生于47亿年前。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一、狭义相对论的其他结论
1.由相对论速度合成公式 可忽略不计,相对论的速度合成公式可近似变为u=u'+v,这和我们在经典力学中的相对速度变换是一样的。
2.由公式可知光速是物体相对运动速度的极限,只能无限趋近,永远不能达到和超过。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用3.对于质速关系
(1)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)u?c时, ,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。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用根据相对论速度公式,如果u'和v都很大,例如u'=0.6c,v=0.6c,它们的合速度会不会超过光速?如果u'和v更大些呢?一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】 一个电子被电压为106 V的电场加速后,其质量为多少?速率为多少? (导学号51150083)
解析:电子被加速后的动能为
Ek=eU=1.6×10-19×106 J=1.6×10-13 J
又Ek=mc2-m0c2
答案:2.69×10-30 kg　0.94c一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一观察者测出电子质量为2m0,其中m0为电子的静止质量,求电子速度为多少? (导学号51150084)
答案:0.866c
解析:将m=2m0代入质量公式一二知识精要思考探究典题例解迁移应用二、广义相对论
1.在任何参考系中的物理规律都是相同的。这意味着惯性系中的运动定律,在非惯性系中都是相同的,但要满足相对性原理。
2.一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。这意味着,一个非惯性系可以看成一个惯性系,只不过它的后面有一个均匀的引力场。因为惯性和引力在非惯性系中是分不清的。这是相对论的等效原理。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用怎样理解等效原理?
答案:我们可以从引力场和匀加速参考系产生的效果上来考虑等效原理,引力场的作用是使物体加速向下运动,如果参考系是加速向上运动的,我们将会观察到静止的物体也“向下”运动,它们两者产生的效果是一样的,所以称为等效原理。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例2】 假如宇宙飞船是全封闭的,航天员与外界没有任何联系。但是航天员观察到,飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底。请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论。 (导学号51150085)
解答飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行,也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中。实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面。
这个事实使我们想到:一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(多选)下列说法中正确的是(　　)
A.物质的引力使光线弯曲
B.光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用
C.在强引力的星球附近,时间进程会变慢
D.广义相对论可以解释引力红移现象
答案:ACD
解析:从广义相对论的两个基本假设可以得出:物质的引力使光线弯曲;引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别,如在矮星表面的引力很强,那里的时间进程变慢,从而导致引力红移,所以正确的选项为A、C、D。