高中物理教科版选修3-4课件：第六章3.时间、长度的相对性--4.　相对论的速度变换公式　质能关系--5.广义相对论点滴（选学） :17张PPT

课件17张PPT。3.时间、长度的相对性4.相对论的速度变换公式　质能关系5.广义相对论点滴(选学)1.知道相对论时空观的主要结论,了解经典时空观与相对论时空观的主要区别.
2.知道相对论的速度变换公式,知道相对论的质能关系.
3.初步了解广义相对论的两个基本原理及主要观测证据,关注宇宙学研究的新进展.1.相对论时空观
(1)同时的相对性.
同时是相对的,在相隔一定距离发生的两件事,在一个参考系中观测是同时发生的,在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测就可能不是同时的,而是一先一后发生.②定量计算:
设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ0,与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔(2)时间间隔的相对性(时间延缓).
①定性描述:
同样的两件事,在它们发生于同一地点的参考系内所经历的时间最短,在其他参考系内观测,这段时间要长些.这一现象称为相对论时间延缓.(3)长度的相对性(长度缩短).
①定性描述:
一根棒在运动时的长度总要比它静止时的长度小,这一现象称为相对论长度收缩或洛伦兹收缩,也常通俗地称为动棒缩短.
②定量计算:
如果与杆相对静止的人认为杆长为l0,以速率u与杆相对运动的人(4)相对论时空观.
空间和时间的量度都与物体的运动有关,是相对的.运动棒的长度的测量建立在必须同时进行观测的基础上,说明空间和时间的量度又是紧密联系的.2.相对论的速度变换定律　质量和能量的关系
(1)相对论的速度变换定律.
根据时空相对性,狭义相对论给出:以速率u相对于参考系S运动的参考系S'中,一物体沿与u相同的方向以速率v'运动时,在参考系S(2)相对论质量和能量.
①爱因斯坦质能关系式:E=mc2,其中c是光在真空中的速率.
②相对论质量:物体以速率v运动时的质量m和它静止时的质量3.广义相对论点滴
(1)两个基本原理.
①广义相对性原理:在任何参考系中物理规律都是一样的.
②等效原理:一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的.
(2)几个重要结论.
①光在引力场中传播时,将会发生偏折,而不再是直线传播.
②引力作用使光波发生频移.
③在引力场中时间也会延缓,引力越强,时钟就走得越慢.
④有质量的物体存在加速度时,会向外界辐射出引力波.探究一探究二经典时空观与相对论时空观的主要区别
(1)实验基础不同.
我们通过生活经验,通过对周围世界的观察最容易接受的是经典时空观(又叫绝对时空观),因为经典时空观是以 v ?c的低速运动下的实验为基础建立的,而相对论时空观建立在光速不变的实验基础上,在高速运动的情形中,相对论效应才会明显,由于缺少高速运动中的生活经验,初学者难以接受.探究一探究二(2)对时间、空间与物质的联系性认识不同.
①经典时空观认为时间均匀流逝,与物质无关;空间是物质运动的场所,空间本身不受物质运动状态的影响;同时空间与时间也是没有联系的.总之一句话,时间、空间都是绝对的,不同参考系中观察同一物理过程时间是相同的,观察同一物体长度是相同的.
②相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关,运动物体的长度也跟物体的运动状态有关.换句话说,不同参考系中观察同一物理过程时间可能不同,观察同一物体长度可能不同.空间和时间与物质的运动状态有关,同时,时间和空间也是有联系的.
(3)经典时空观的价值.
经典时空观建立在实验的基础上,它的结论又受到无数次实践的检验.虽然相对论时空观更具有普遍性,但是经典时空观在低速运动时所得出的结论与实验事实符合得很好,由于宏观物体的速度不可能接近光速,所以经典时空观仍有其存在的价值.探究一探究二对狭义相对论几个主要结论的理解
1.几个主要结论探究一探究二2.几个结论的理解要点
(1)时间间隔、长度的变化,都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应,它与所选取的参考系有关,物质本身的结构并没有变化.
(2)两个事件的时间间隔和物体的长度,必须与所选取的参考系相联系,如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸,是没有任何意义的.
温馨提醒以上结论是狭义相对论的必然结论,而狭义相对论的正确性已被实验证实,所以以上结论是高速世界中必然发生的现象,是客观存在的事实,绝不是人们的主观臆造,之所以人们平常观察不到这些现象,是因为我们生活在低速运动的世界里.【例题1】 一列火车在高速运动,设火车相对地面的速度为v,火车上的人以速度u'沿着火车前进的方向相对火车运动,那么他相对地面的速度u与u'+v的关系是(　　)
A.u=u'+v　　　　 B.uC.u>u'+v D.以上均不正确
解析:由相对论的速度变换公式即选项B正确.
答案:B【例题2】 一观察者测得运动着的刻度尺长0.5 m,问此尺以多大的速度接近观察者?
解析:刻度尺的长度在相对静止的坐标系中测量为1 m,当刻度尺沿长度方向相对观察者运动时,由于“长度收缩”效应,观察者测得尺的长度与相对运动的速度有关.
设尺的固有长度为l0,且l0=1 m,答案:2.6×108 m/s 1 2 3 41地面上的A、B两个事件同时发生,对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线从A到B方向飞行的人来说哪个事件先发生(　　)
A.两个事件同时发生　　　
B.A事件先发生
C.B事件先发生
D.无法判断
解析:同时是相对的,在某一个惯性系中观察到不同地同时发生的事件在另一个相对运动的参考系中看到的却不同时.规律是:在静止的参考系观察运动系中的事件在靠近运动方向上的事件先发生.
答案:C1 2 3 421905年,爱因斯坦创立了“相对论”,提出了著名的质能方程.下面涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是 (　　)
A.若物体能量增大,则它的质量增大
B.若物体能量增大,则它的质量减小
C.若核反应过程质量减小,则需吸收能量
D.若核反应过程质量增大,则会放出能量
解析:由E=mc2,若E增大,则m增大;若E减小,则m减小,故选项A正确,选项B错误.若m减小,则E减小;若m增大,则E增大,故选项C、D错误.
答案:A1 2 3 43(2017·江苏单科)接近光速飞行的飞船上和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有(　　)
A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C.地球上的人观测到地球上的钟较快
D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
解析:根据相对论,运动的时钟变慢,这是一种观测效应.结合运动的相对性,故飞船上的人观测到地球上的钟较慢,认为飞船上的钟较快.地球上的人观测到飞船上的钟较慢,认为地球上的钟较快.
答案:AC1 2 3 44相对于地球的速度为v的一飞船,要到离地球为 5光年的星球上去.若飞船上的宇航员测得该旅程的时间为 3年,则v应为(　　)答案:D