高中物理 高速世界

高中物理高速世界第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第二页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期六1．相对性原理所有物理规律在一切

中都具有相同的形式。2．光速不变原理在一切惯性参照系中，测量到的

都一样。由这两条假设所建立的理论叫做狭义相对论。惯性参照系高速世界的两个基本原理真空中的光速c第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期六1．对相对性原理的理解(1)惯性系是指牛顿运动定律成立的参照系，相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参照系也是惯性系。(2)相对性原理表明：在某个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理规律，在其他一切惯性系中对该系统该过程做出描述的物理规律皆保持形式不变。例如，在匀速飞行的飞机上观测，上抛小球的运动遵循动能定理，那么在地面上(或在其他惯性系中)观测，上抛小球的运动仍遵循同样形式的动能定理。第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期六2．光速不变原理的理解光速不变原理表明：在一切惯性系中观测在真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为c，与光源或观察者的运动无关。这一结论实际上已被大量的实验(包括迈克尔孙实验)证实。如图6－1－1所示，假设在真空环境中，静止在匀速运行列车中的观测者与静立于地面的观测者，测得手电发出的光波的速度大小都是c。图6－1－1光速不变原理示意图第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期六1．下列说法中不正确的是(

)A．只有静止的参照系是惯性系B．由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，

研究力学问题时可以选择任何惯性系C．在不同的惯性系中，光速都是相同的D．在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是

否相对另一个惯性系做匀速直线运动.第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期六解析：如果牛顿运动定律在某个参照系中成立，这个参照系就叫做惯性系，而在静止或匀速直线运动的参照系中牛顿运动定律是成立的，故A错误。由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此研究力学问题时可以选择任何惯性系，但表达式可能有的复杂、有的简单，原则上是越简单越好，故B正确。C是相对论中的光速不变原理的内容，故C正确。在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否相对另一个惯性系做匀速直线运动，故D正确。答案：A第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期六狭义相对论的结论第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期六静止质量4．质能关系爱因斯坦对质量和能量给出了如下关系式：

或

。E＝mc2ΔE＝Δmc2第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期六2．日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化，原因是 (

)A．运动中物体无法称量质量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体的质量太大D．物体的质量不随速度的变化而变化第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期六答案：B第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期六时空弯曲(1)爱因斯坦认为

和

对轨迹的弯曲是等效的。如果加速能使光线弯曲，那么引力也能使光线弯曲。(2)按照广义相对论，光线在引力场中的弯曲可等效为

被引力弯曲了。引力不但影响空间，还影响

，此影响可描述为时空弯曲。加速运动引力作用空间本身时间[自学教材]第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期六1．爱因斯坦的广义相对论对于表述各种物理规律来说所有的参考系都是等价的。即加速场与引力场是等效的，引力和惯性力是等效的。2．实验验证(1)光线的引力偏折。太阳附近引力场很大，光线偏折，太阳周围的空间是弯曲的，并且具有正曲率。因此，光线在引力场中发生了偏折或者引力场中的空间是弯曲的。第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期六(2)引力红移。在远离引力中心的地方观察引力场中发生在不同地点的同一物理过程，引力越强的地方，观测时间越慢，空间距离越短，即引力的“时缓尺缩效应”越显著。在引力场中光速变慢，物质的光谱周期变长，频率发生了变化(变小)，称之为引力红移。(3)水星近日点进动。牛顿理论：行星的轨道是严格闭合的椭圆。观测表明：行星的椭圆轨道存在进动现象即椭圆的长轴也缓慢转动。由广义相对论，太阳附近的时空连续系统的弯曲性质，必然引起水星轨道产生进动。第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期六(4)雷达回波延迟。用雷达向水星和金星发射电磁波，雷达波经过太阳附近时测得往返时间为Δt1，雷达波不经过太阳附近时测得往返时间为Δt2，Δt1>Δt2，这表明太阳引力场引起时间延缓效应。3．时空弯曲爱因斯坦进一步认为，光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被弯曲了。引力不但影响空间，而且影响时间，对影响方式的最佳描述就是时空弯曲。在宇宙中，物质质量大、密度高的区域时空弯曲大；物质稀少的地方，时空较“平直”。第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期六3．光线在引力场中的弯曲可以等效为________被引力弯曲了，引力不但影响空间，而且也影响________，对影响方式的最佳描述就是____________。解析：广义相对论的观点：加速能使光线弯曲，引力也能使光线弯曲；进一步研究认为，光线在引力场中的弯曲可以等效为空间被引力弯曲了，引力不但影响空间，而且也影响时间，对影响方式的最佳描述就是时空弯曲。答案：空间时间时空弯曲第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期六狭义相对论的两种效应第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期六[答案]

(1)约30m

(2)30m

(3)26m第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期六上题中火箭内完好的手表走过了1min，地面上的人认为经过了多少时间？答案：(1＋3.3×10－11)min第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期六狭义相对论两种关系的应用[例2]

太阳在不断地辐射能量，因而其质量也不断地减少。若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J，试计算太阳在一秒内失去的质量。估算5000年内总共减少了多少质量，与太阳的总质量2×1027t的比值k为多大。[思路点拨]

解此题可按以下思维流程第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期六第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期六设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍