高中物理新人教版

選修３-4系列課件.15.3《狹義相對論的

其他結論》.教學目標知識與技能：（1）運動速度的相對論變換（2）相對論質量（3）質能方程過程與方法：讓學生體會到自洽性檢驗是科學理論研究的一個基本方法。情感態度和價值觀：體會物理學中蘊含的簡單與和諧之美（質能方程）教學重點、難點：重點：三個公式難點：運動速度的相對性變換.狹義相對論的其他三個結論狹義相對論的三個重要結論…相對論的速度疊加公式相對論質量質能方程.(1)相對論的速度疊加

由于時間和空間的相對性，對于物體的速度，在某一慣性系S’內觀測，要用S’系的時間和空間坐標表示；在另一慣性系S內觀測，要用S系的時間和空間坐標表示。這樣，速度疊加公式就不再是絕對時空的速度疊加公式了。假如S’和S兩系的坐標軸相平行，S’以速度ν沿x軸而運動，一質點以u’相對S’沿x’軸而運動，則相對S，其速度u為這是相對論的速度疊加公式。如果u’＜c，則u＜c；如果u’＝c(光速)，則u＝c．與相對論的時空概念相協調。.v車外的人看到車上人相對地面的速度為：.例1地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5×l03m／s從他身邊飛過，另一飛船B以速度2.0×l08m／s跟隨A飛行。求：（1）A上的乘客看到B的相對速度；（2）B上的乘客看到A的相對速度。中國航天A中國航天B結束目錄.1u=xvvc2uxux′=1.125×108m/s2.5×108=2.0×1089.0×1016×2.5×1082.0×1081=ux2.0×108m/s=v2.5×108m/s解：(1)設地球為K系，飛船A為K′系。由已知條件可知K′系相對K系是速度為飛船B在K系中的速度為飛船B在K′系中的速度為中國航天A中國航天BK′Kuvx結束目錄.

(2)設地球為K系，飛船B為K′系。由已知條件可知K′系相對K系是速度為=ux2.5×108m/s=v2.0×108m/s飛船A在K系中的速度為1u=xvvc2uxux′=1.125×108m/s2.0×108=2.5×1089.0×1016×2.0×1082.5×1081飛船A在K′系中的速度為中國航天A中國航天BKuxK′vux′結束目錄.練習1一原子核以0.5c的速度離開一觀察者而運動。原子核在它運動方向上向前發射一電子，該電子相對于核有0.8c的速度；此原子核又向后發射了一光子指向觀察者。對靜止觀察者來講，（1）電子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。結束目錄.解：設觀測者為K系，原子核為K′系。電子在K′系中的速度為：K′系相對K系是速度為：0.8c=ux′=v0.5c+×=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c++1u=xvvc2uxux′′電子在K系中的速度為：根據光速不便原理，光子的速度為c。結束目錄.(2).質量和速率的關系

在經典物理的概念里，一個物體的質量為一常量，與物體的運動狀態無關。但是在相對論理論里，質量和運動的速度有關。物體的靜止質量m0是一常量，相對任何慣性系均為m0，而物體以速度ν運動時，它的(運動)質量m為質量隨速率增加而變大，實驗完全證實了這個公式。從質量和速度的關系式可以看出，當物體速度趨近于光速時，質量將趨向無限大。這是不可能的。一切物體的速度都永遠小于真空中的光速。.(2)相對論質量物體的運動速度不能無限增加，那么物體的質量是否隨著速度而變化？嚴格的論證表明，物體高速（與光速相比）運動時的質量與它靜止時的質量之間有下面的關系：m為運動質量m0為靜止質量.質速關系曲線.微觀粒子的速度很高，它的質量明顯的大于靜止質量．在研究制造回旋加速器時必須考慮相對論效應的影響．1988年，中國第一座高能粒子加速器——北京正負電子對撞機首次對撞成功.例2如一觀察者測出電子質量為2m。，問電子速度為多少？（m。為電子的靜止質量）結束目錄.21=v21c20.866vc==23c2m0=v21c2m0解：結束目錄.練2某人測得一靜止棒長為人質量為m，于是求得此棒線密度為ρ=m/l。假定此棒以速度v在棒長方向上運動，此人再測棒的線密度應為多少，若棒在垂直長度方向上運動，它的線密度又為多少？結束目錄.=ρv21c2m′=v21c2ml′=v21c2l解：(1)ρ=′′l′mmρ=′lv21c2()解得：結束目錄.m′=v21c2m=v21c2ρl′=l(2)ρ=′′l′mmρ=′lv21c2解得：結束目錄.物體的能量和質量之間存在著某種聯系：物體的能量和質量之間存在密切的聯系，他們的關系是：愛因斯坦（3）質能方程這就是著名的質能方程.質能方程表達了物體的質量和它所具有的能量之間的關系.物體的動能運動時的能量靜止時的能量在v＜＜c時的一種近似,這就是動能表達式．.例3設電子的速度為(1)1.0×106m/s;(2)2.0×108m/s,試計算電子的動能各是多少？如用經典力學公式計算電子動能又各為多少？結束目錄.Emck112=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=4.55×10-19J=×0.511×106×1.602×10-19()11213001解：(1)按《相對論》計算當電子的速度為v1=1.0×106m/s時的動能結束目錄.Emck222=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=2.79×10-14J=×0.511×106×1.602×10-19()11213.02.0當電子的速度為v2=1.0×108m/s時的動能結束目錄.(2)按《經典力學》計算mv12021Ek1==21×9.1×10-31×(1.0×106)2=1.82×10-14J=4.55×10-19J=×9.1×10-31×(1.0×108)221mv22021Ek2=結束目錄.例4兩個氖核組成質量數為4、原子量為4.0015u的氦核。試計算氦核放出的結合能。結束目錄.m0=2.0136u1u=1.658×10-27kg2=EΔΔmc=1.602×10-19×1.658×10-27×9.0×10162×2.01364.0015()=23.9×106eV=23.9MeVEHeΔ2++H2H4解：氘核靜止質量其中u為原子質量單位結束目錄.練3太陽由于向四面空間輻射能量，每秒損失了質量4×109kg。求太陽的輻射功率。結束目錄.=3.6×1026J/s=3.6×1026W4×109×(3×108)=21P==2ΔmcΔt2Δmc解：結束目錄.練4一個電子從靜止開始加速到0.1c的速度，需要對它作多少功？速度從0.9c加速到0.99c又要作多少功？結束目錄.=v21c2mc02mc02()=v21c2m0c211()=1110.12×0.511×106=2.57×103eV=keV2.57=mc2mc02A解：(1)結束目錄.=2.45×103eV=keV2.45(2)=mc2mc12A2()=v21c2m0c212v21c211()=110.992×0.511×106110.92結束目錄.作業P108123..9、靜夜四無鄰，荒居舊業貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:52PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉生白發，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:52PM11、成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:53PM11、越是沒有本領的就越加自命不凡。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、最具挑戰性的挑戰莫過于提升自我。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、