5。3 奇特的相对论效应 5。4 走近广义相对论 5、５ 无穷的宇宙
学 习 目 标 知 识 脉 络 １、通过推理,明白时间间隔的相对性和长度的相对性、(重点、难点) 2。明白相对论质量、爱因斯坦质能方程。(重点、难点) 3、初步了解广义相对论的几个主要观点、 奇 特 的 相 对 论 效 应 [先填空］ １、运动时钟延缓 (1)经典的时空观
某两个事件,在不同的惯性系中观察,它们的时间间隔总是相同的、 (２)相对论的时空观
物体所在的惯性系相关于我们所在惯性系的速度越大,我们所观察到的某一物理过程的时间就越长、惯性系中的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了、
(３)相对时间间隔公式
设Δt表示静止的惯性系中观测的时间间隔,Δｔ′表示以v高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔,则它们的关系是:Δt＝错误!、
2、运动长度收缩 (１)经典的时空观
一条杆的长度可不能因为观察者是否与杆做相对运动而不同、 (2)相对论的时空观
“长度”也具有相对性,一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比静止长度小,但在垂直于杆的运动方向上,杆的长度没有变化、
(3)相对长度公式
设相关于杆静止的观察者认为杆的长度为l0,与杆有相对运动的人认为杆的长度为ｌ,杆相关于观察者的速度为v,则l、l0、v的关系是l=l01—＼ｆ(ｖ２,c2)。
3、爱因斯坦质量公式和质能关系 (１)经典力学
物体的质量是不变的,一定的力作用在物体上产生一定的加速度,足够长时间后物体能够达到任意的速度、
(2)质量公式
物体的质量随物体速度增加而增大、
物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量ｍ0之间的关系是:m=,因为总有v〈ｃ。可知运动物体的质量m总要大于它静止时的
v２
＼r(１-2)
m0
ｃ质量m0。
(3)质能关系
关系式为E=ｍｃ２,式中ｍ是物体的质量,E是它具有的能量、 [再判断]
1、依照相对论的时空观,“同时”具有相对性、(√) 2、相对论时空观认为,运动的杆比静止的杆长度变大、(×) 3、高速飞行的火箭中的时钟要变慢。(√)
4、爱因斯坦通过质能方程阐明物体的质量就是能量、(×) ＼o([后考虑])
1、尺子沿任何方向运动其长度都缩短不？
【提示】 尺子沿其长度方向运动时缩短,在垂直于运动方向长度不变。 2。以任何速度运动,时间延缓效应都特别显著不？
【提示】 不是。当v→c时,时间延缓效应显著;当ｖ?c时,时间延缓效应可忽略、
错误!
1、“动尺缩短”
狭义相对论中的长度公式ｌ＝ｌ0错误!中,ｌ0是相关于杆静止的观察者测出的杆的长度,而l能够认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时,静止的观察者测量的长度。
２、“动钟变慢” 时间间隔的相对性公式
Δt=错误!中,Δt′是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔,而Δt是相关于事件发生地以速度v高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。
３、分析时间间隔和长度变化时应注意的问题
(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,假如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、
4、相对论质量公式的理解
(1)式中m0是物体静止时的质量(也称为静质量),ｍ是物体以速度v运动时的质量,这个关系式称为相对论质速关系,它表明物体的质量会随速度的增大而增大、
(２)微观粒子的运动速度特别大,它的质量明显大于光子质量,像回旋加速器中被加速的粒子质量会变大,导致做圆周运动的周期变大后,它的运动与加在Ｄ形盒上的交变电压不再同步,回旋加速器的加速能量因此受到了限制。
(3)微观粒子的速度特别大,因此粒子质量明显大于静质量、 ５、对质能方程的理解 爱因斯坦质能方程E=mc２、
它表达了物体的质量和它所具有的能量关系:一定的质量总是和一定的能量相对应。
(１)静止物体所对应的能量为E0=m0ｃ2,这种能量称为物体的静质能,每个有静质量的物体都有静质能。
(２)由质能关系式可得ΔＥ=Δｍc2。
第5章 奇特的相对论效应+ 走近广义相对论+ 无穷的宇宙
