大学物理-相对论省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,第一节 狭义相对论产生试验基础和历史条件,宏观低速运动物体，其力学规律在任何惯性系中形式相同。,一、力学（牛顿）相对性原理：,（或：在研究力学规律时，一切惯性系都是等价。）,第1页,O与O重合时，,t,t,z,z,y,y,ut,x,x,=,=,=,-,=,二、伽利略变换：,P,(x ,y ,z,t ),(x,y,z,t,),u,z,u t,z,S,正变换：,逆变换：,t,t,z,z,y,y,ut,x+,x,=,=,=,=,第2页,牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。,如：动量守恒定律,速度变换:,第3页,三、经典力课时空观,时间是绝正确；,空间是绝正确。,（绝对时空观）,例：有一条河，宽为L，,河水对河岸流速为 u，今有两条一样船A和B，分别沿图示路线往返一次，已知船A和B对流动河水速率都为v，求船A和B沿图示路线往返一次各需多少时间。比较它们大小。,L,A,u,L,B,A,第4页,试验预计：能观察到0.37条条纹移动。,实际结果：没有观察到条纹移动。即迈克尔逊莫雷试验,零,结果。,四、迈克尔逊莫雷试验（1887年）,b,a,1,M,2,M,P,PM,1,=PM,2,90,0,第5页,第二节 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换,一、狭义相对论两个基本假设：,1,、相对性原理：,物理学定律在任何惯性系中都是相同。,2,、光速不变原理：,在全部惯性系中，测得光,在真空中,速率都是,C,（310,8,m/s）,。,（光在真空中速度与发射体及观察者运动状态无关）,。,绝对静止参考系是不存在。,伽利略变换已不适合用于光学现象。,第6页,(x y z t),(x,y,z,t,),二、洛仑兹变换,逆变换：,正变换：,第7页,第8页,讨论：,回到伽利略变换,2.,光速是自然界极限速度,若不是实物，而是一个形态传输速度，那是能够超出光速。,从斯坦福大学两英里长直线加速器出来电子速率达,0.999975 c,1.,时,第9页,三、洛仑兹速度变换式,例：一光子在S,系中以C运动，则在S系中,即满足光速不变原理,c,c,u,c,u,c,c,uc,1,u,c,v,2,x,=,+,+,=,+,+,=,第10页,一、长度收缩（尺缩效应）,x,x,A,B,第三节 狭义相对论时空观,注意：,1.,L,0,为相对于被测物静止惯性系测得物长，叫固有长度。,即沿运动方向，物体长度要收缩。,第11页,2,.,L为相对于被测物运动惯性系测得,物长，叫运动长度。,3,.,测量运动物体长度，必须对其两端坐标同时进行测量。,例：立方体边长为 a，则体积为 a,3,，若该立方体沿一边长方向以高速 u 运动，则体积为多大？,4,.,垂直于运动方向，物体长度不变。,相对论笑话,第12页,在,S,系：,x,处固定有一只钟，测得,该处,两个事件（发射、接收光信号）发生时间分别为,t,1,、,t,2,。,在,S,系：观察者测得两个事件（发射、接收光信号）发生时间分别为,t,1,、,t,2,。,由：,二、时间延缓（动钟变慢）,第13页,运动钟走得慢。,地面上观察者,火车上观察者,1,、,0,是相对于事件发生点,静止,惯性系测得时间，叫,固有时间,。,2,、,是相对于事件发生点,运动,惯性系测得时间，叫,运动时间,。,3,、时间膨胀公式适用条件：必须是在某一惯性系中,同一地点,先后发生了两个事件。,注意：,第14页,1,、在,相对于事件发生点,静止,惯性系中，观察两个事件 时间间隔 最短。,2,、时钟变慢是,相对论时空效应,，并非机械故障。不能说明哪个时钟是正确或错误。,3,、uc 时，,0,，日常生活中观察不出这种效应，并非没有此效应。,说明：,第15页,1966-1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对,粒子进行了研究。粒子是一个基本粒子，在静止参考系中测得寿命为,0,=2.2,10,-6,秒.,1)依牛顿定律：寿命不变,2)依相对论：当粒子加速至0.9966C时，寿命为：,故漂移距离为:,与试验情况吻合得很好!,利用粒子衰变能够检验时间膨胀效应：,当其加速到v=0.9966C时,它漂移了,八公里,.,故漂移距离为：,第16页,例,1：,一飞船以,u,=,910,3,m/s,速率相对于地面匀速飞行。飞船上钟走了,5s,地面上钟经过了多少时间？,思绪：,飞船上钟走了,5s,（,固有时间,0,），,地面上钟经过时间（,运动时间,）要慢一些,。,2,2,1,c,u,0,-,=,每个人都注意到：相对于自己运动钟走得慢。,第17页,例,2：,半人马星座,星是距太阳最近恒星，它距地球 ,设有一宇宙飞船自地球飞到该星，飞船对地速度u=0.999c，地球上钟测得多少年？若以飞船上钟计算，又为多少年？,解：1）以地球上钟计算：,（运动时间）,第18页,2,）解一：以飞船上钟计算：,说明,此题与实际不符，全球能量供给飞船，也不可能到达0.999c。,飞船若以20km/s飞行，需要6.8万年。,（固有时间）,第19页,y,x,x,1,x,2,t,1,t,2,u,爱因斯坦火车以匀速,u,经过车站（,S,系），,S,系：两闪电,同时（,t,1,=t,2,),击中车尾(,x,1,)和车头(,x,2,),问：,S,系（火车）：,两闪电是否同时击中车尾和车头？,三、同时性相对性,第20页,依据洛仑兹变换：,可见，在,S,系（火车）上观察，击中车头闪电，比击中车尾闪电要早些。,即：同时性是相对于某一惯性系而言，是相正确。,第21页,爱因斯坦火车：,A班,在,S,系中观察者看来，,A,和,B,同时接收到光信号.,c t,A,c t,B,即：在S,系中观察者看来，A比B先接收到光信号。,A,M,B,S,S,u,第22页,2,、,在一个惯性系中,不一样时，也不一样地,发生两件事，在另一惯性系中倒,有可能同时,发生,。,1,、,在一个惯性系中,同时不一样地,发生两事件，在别惯性系中就,不一样时,发生,。,3,、,同时同地,发生两事件，在全部惯性系中都,同时同地,发生,。,讨论：,第23页,一、动量、质量和速度关系,1,、动质量公式：,第四节 狭义相对论动力学,2,2,0,c,u,1,m,m,-,=,1908年，玻歇勒在测定电子荷质比e/m,时，发觉高速运动电子荷质比 比慢电子荷质比小，从而第一次证实了 质速 关系。,2,、动量公式：,第24页,天平秤理想试验：,m,0,m,0,L,0,L,0,v,0,v,0,站在地面上人看，,与左臂相连人看，,设右臂相对于左臂运动速度为,u,，,则与左臂相连人测得右臂长度为：,两边平衡。,两边也应平衡。,第25页,（,4,）静质量不为零物体，其速度必小于C（如多级火箭）；以光速运动粒子（如光子、中微子等），它们静质量必须为零！,可认为质量与速度无关，等于其静质量。,（,3,）,u,c，,m,m,0,（,1,）,m,：,动质量，,m,0,：,静质量。,讨论：,（,2,）,u,：物体相对于某一参考系速度。,（,5,）在相对论情况下，,牛顿第二定律原始形式：,运动物体在恒力作用下，没有恒定加速度。,第26页,二、质量和能量关系,由动能定理，物体动能就是使物体从静止开始运动到速度为v,时，合外力所作功.,第27页,一个孤立物质系统其内部发生过程总能量守恒，这意味着其,总质量（相对论质量）,也守恒。,核反应中系统总能量守恒,总质量,也守恒。,在粒子碰撞过程中,系统动量守恒，,总质量,守恒。,例：,1kg,水由,0,被加热到,100,，,总能,E,静能,E,0,相对论质能关系式.,第28页,如核反应中：,反应前：,反应后：,静质量,m,01,总动能,E,K,1,静质量,m,02,总动能,E,K,2,能量守恒：,所以：,核反应中释放能量,对应于一定静质量亏损。,总动能增量,总静止质量,减小,(,静质量,亏损),（适用核反应）,第29页,例,1,.试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放出能量，其聚变方程为：,各种粒子静止质量为：,氘核：,m,1,=3.343710,-27,kg,氚核:,m,2,=5.004910,-27,kg,氦核：,m,3,=60642510,-27,kg,中子:,m,4,=1.675010,-27,kg,解：,质量亏损为：,对应释放能量为：,1kg,这种核燃料所释放能量为：,这相当于同质量优质煤燃烧所释放热量1千多万倍！,第30页,例,2,.在,S,参考系中有两个静止质量均为,m,0,粒子,A,、,B,，,分别以速度 和 相向运动，相撞后合在一起成为一个静止质量为,M,0,粒子。求,M,0,=？,解：设合成粒子质量,M,、,速度,第31页,三.动量与能量关系：,pc,mc,2,m,0,c,2,对光子：,E,=,mc,2,(,粒子性,),=,h,(波动性),p,=,mc,(,粒子性,),=,h/,(波动性),第32页,