《高速世界》 完整版课件

1高速世界2

1.初步了解爱因斯坦创立相对论的背景，理解并掌握狭义相对论的两个基本假设的内容.

2.了解“同时”的相对性，掌握长度的相对性和时间间隔的相对性.

3.了解相对论速度变化公式.

4.了解相对论质量变化公式.

5.知道质能方程，了解广义相对性原理和等效原理及其几个结论.3爱因斯坦4爱因斯坦(1879.3.14-1955.4.18)现代物理学的开创者和奠基人.1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学.1905年获苏黎世大学博士学位.1909年任苏黎世大学理论物理学副教授.1911年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇家物理研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁士科学院院士.1932年受希特勒迫害离开德国,1933年10月定居美国.爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如研究毛细现象，阐明布朗运动，建立狭义相对论并推广为广义相对论，提出光的量子概念，并以量子理论完满地解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计.并于1921年获诺贝尔物理学奖.51905年，爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前例的奇迹.这一年他写了六篇论文，在三月到九月这半年中，利用在专利局每天八小时工作以外的业余时间，在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献，他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和狭义相对论这四篇重要论文.6在19世纪与20世纪之交（1900年前后），许多人认为物理学这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基本建成了.只是“物理学晴朗天空的远处，漂浮着两朵小小的令人不安的乌云.”两朵乌云：迈克尔孙—莫雷实验黑体辐射实验迈入新世界7高速世界的两个基本原理相对论主要是关于物质运动与时间空间关系的理论.其中局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论，推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论.提出原因：迈克尔孙—莫雷实验结论与经典时空观及衍生出的以太学说相违背.爱因斯坦通过对电磁理论研究，意识到实验的困境是由于时空观造成的.于是，他彻底抛弃“以太”的概念，提出相对论的两条基本假设.基于这两条基本假设，爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域.相对论8VVVVV观=V+VV观=V-V经典时空观的代表——牛顿理论“以太”学说与“以太风”9经典时空观时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响经典时空观的几个基本结论：①同时的绝对性②时间间隔的绝对性③空间距离的绝对性经典时空观的基本观点10相对论时空观狭义相对论的两个基本假设相对性原理——所有的物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式光速不变原理——在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样11①时间延缓效应：运动的时钟变慢②长度收缩效应：运动的尺子缩短③质速关系：物体质量随着速度的增大而增大④质能关系：质量和能量是物质不可分离的属性【注意】只有高速运动时，以上效应才明显狭义相对论的基本结论12时间延缓效应：动钟变慢13分析：在此过程中，车上的钟走过的时间为，称固有时.在静止在地面上的观察者看来，由于列车在高速行驶测得该过程经历的时间为设车厢高度为h，列车行驶速度为v,则14答案：C时钟走最慢，A走最快.例1：A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB<vC，地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？15长度收缩效应

16设一个一维物体，相对于它静止的观测者测其长度为l(静止长度或固有长度)，该物体相对另一惯性系沿自身长度方向以匀速ν运动，则在此惯性系中的观察者测该物体的长度为：17质速关系

当物体在所处的惯性参照系静止时，它具有最小的质量m0,这个质量叫静止质量.当物体以速度ν相对某惯性系运动时，在这个惯性系观测它的质量为：18高速运动的物体其质量测得值会非常大，并随着速度趋于光速c而无限增大.但事实告诉我们，一个真实的物体质量是确定值、有限大结论：一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性系的运动速度都不可能达到或超过光速c.表明：19质能关系按照相对论及基本力学定律可推导出质量和能量具有如下关系：——著名的质能关系式说明：（1）质量和能量是物质不可分离的属性；（2）能量变化量和质量变化量关系式为：（3）任何静质量不为零的物体都贮存着巨大的能量：20

爱因斯坦广义相对论原理（1916年）

在任何参考系中(包括非惯性系）所有的物理规律都是相同的，称为广义相对性原理.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.物质的引力使光线发生弯曲，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别211.1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（）A.同时的绝对性与同时的相对性B.运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C.时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D.相对性原理与光速不变原理D222.为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E=mc2，科学家用中子轰击铀原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性.设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是()A.ΔE=(m1－m2－m3)c2B.ΔE=(m1+m3－m2)c2C.ΔE=(m2－m1－m3)c2D.ΔE=(m2－m1+m3)c2B233.如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面的速度为v，则两火箭上的观察者测出的光速分别为()A．,B．,C．,D．无法确定BAB24一、相对论时空观狭义相对论的两个基本假设1.相对性原理——所有的物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式2.光速不变原理