人教版高中物理竞赛课件 第6章 相对论基础 (共145张PPT).ppt

二 相对论质量 与相对论矛盾： 1.导致超光速； 2.对洛仑兹变换，不满足相对性原理。 修正原则： 1.使动力学方程满足洛仑兹变换下的不变性； 2.在v c时，要能够过渡到牛顿力学。 能量、质量等守恒定律的基础上建立起来的。 物理学家坚信基本的守恒定律， 这是定义 物理量的依据。 相对论力学就是在保留动量、 ☆ S 系中： 下面由动量守恒导出 m 与v 的关系： 设粒子在 S? 中 静止，后分裂为 相同的两块 A、B， 它们分别沿+x? 和 ?x? 方向运动。 x? S? O? M 系： S? mA mB S O x ☆ 在 参考系， 设其质量为 ， 粒子在分裂前的速度为 则在 参考系， 在 参考系看来，粒子在分裂后， 粒子在分裂前的动量为 尽管分裂的两个新粒子完全一样， 但它们的运动速度不同，因而其质量有可能不同， 以 和 分别表示二者的质量 则在 参考系中，粒子在分裂后的总动量为 x? S? O? M mA mB S O x ☆ 在 参考系， 质量守恒： 动量守恒： x? S? O? M mA mB S O x ☆ 在 参考系， x? S? O? M mA mB S O x ☆ 实际上，粒子的运动质量并不是如上述推导那样。 粒子的运动质量是爱因斯坦假设 只有这样假设， 力学规律才符合相对性原理 爱因斯坦狭义相对论才能自圆其说 这种假设正确与否，只能靠实践检验 静止质量是粒子相对于参考系静止时的质量 ☆ 电子能量 (MeV) v /c m/m0 5 0.995 9.8 25 0.9998 49 2.8 × 10 3 05490 在宏观物体所能达到 的速度范围内， 质量随速率的变化非常小， 因而可以忽略不计。 在微观粒子的实验中， 粒子的速率会达到接近 光速的程度，质量随速度 的变化就不能忽略。 ☆ 这时可以认为物体的质量与速率无关， 等于其静止质量。这就是牛顿力学， 也就是说牛顿力学的结论 是相对论力学在速度非常小时的近似。 当 时， 当时 ， 将成为虚数而无实际意义。 这也就是说，在真空中， 光速是一切物体运动速度的极限。 有一种粒子，例如光子，具有质量， 但总是以 运动。 在 有限的情况下，只可能是 。 就是说，以光速运动的粒子其静止质量为零。 ☆ 在对称情况下，时间延缓是相对的。 系的观测者认为 系的时钟 系的观测者认为 系的时钟 （包括物理、化学、生物过程）节奏变慢 （包括物理、化学、生物过程）节奏变慢 ☆ 在不同的惯性系中 测量两个事件发生的时间间隔是不同的， 时间的测量依赖于惯性系， 时间的测量是相对的。 当 时， ， 。 这表明，在低速运动的情况下， 两个事件之间的时间间隔在各个参照系中 测得的结果都是一样的， 即时间的测量与参照系无关。 这就是牛顿的绝对时间概念。 牛顿的绝对时间概念是爱因斯坦相对时间概念 在参照系的相对运动速度很低时的近似。 ☆ 相对论\光钟.swf 相对论\时间延缓1.swf 相对论\时间延缓2.swf 相对论\时间延缓的模拟演示1.swf 相对论\时间延缓的模拟演示2.swf 动画演示 孪生子佯谬和孪生子效应 1961年，美国斯坦福大学的海尔弗利克在分析大量实验数据的基础上提出，寿命可以用细胞分裂的次数乘以分裂的周期来推算。对于人来说细胞分裂的次数大约为50次，而分裂的周期大约是2.4年，照此计算，人的寿命应为120岁。因此，用细胞分裂的周期可以代表生命过程的节奏。 设想有一对孪生兄弟，哥哥告别弟弟乘宇宙飞船去太空旅行。在各自的参考系中，哥哥和弟弟的细胞分裂周期都是2.4年。但由于时间延缓效应，在地球上的弟弟看来，飞船上的哥哥的细胞分裂周期要比2.4年长，他认为哥哥比自己年轻。而飞船上的哥哥认为弟弟的细胞分裂周期也变长，弟弟也比自己年轻。 假如飞船返回地球兄弟相见，到底谁年轻就成了难以回答的问题。 阅读 问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，哥哥和弟弟就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说的孪生子佯谬（twin paradox）。 如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度，飞船就不是惯性系了。这一问题的