第17章-相对论作业解析精选课件PPT

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相对论基础课件PPT

03
麦克斯韦方程组
英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的麦克斯韦方程组是经典物
理学理论的重要组成部分，也为相对论的提出提供了重要的启示。
人物背景
爱因斯坦
相对论的创始人，他通过深入思考和实验验证，提出了相对论的基本原理和数学表述，为现代物理学的发展做出了巨大贡献。
马克斯·普朗克
德国物理学家，他提出的量子假说为相对论的提出奠定了基础，也为物理学的发展开辟了新的道路。
详细描述
根据狭义相对论，当观察者以高速运动时，其测量到的长度会相对于静止观察者来说变短。这是因为长度并不是绝对的，而是相对于观察者的参考系而言的。这
描述了不同惯性参考系之间的坐标和时间的变换关系。
VS
详细描述
洛伦兹变换是狭义相对论中的一个基本概念，它描述了不同惯性参考系之间的坐标和时间的变换关系。通过洛伦兹变换，我们可以将一个参考系中的测量结果转换到另一个参考系中，从而解释了在不同参考系中观察到的物理现象之间的差异。
04
广义相对论
等效原理
总结词
等效原理是广义相对论的基本原理之一，它指出在小区域内无法通过任何实验区分均匀引力场和加速参照系。
详细描述
等效原理认为，在任意小的空间区域内，我们无法通过任何实验区分均匀引力场和加速参照系，因为它们产生的物理效应在局部范围内是相同的。这意味着在任意小区域内，无法通过任何实验区分均匀引力场和加速参照系。
对科技的影响
推动了技术革新
01
相对论预言的某些现象，如光电效应等，为技术应用提供了新
的思路和方向，推动了科技的发展。
提高了能源利用效率
02
相对论揭示了质能转化的原理，为核能利用和开发提供了理论

相对论总结和习题ppt课件

则 v 应为：
(A) c/2
(B) 3c/5
(C) 9c/10 (D) 4c/5
t
t0,
5 3
[D]
13.在惯性系中，两个静质量都是 m0 的粒子，都以速度沿同一直线相向运动并碰撞，之后合并为一体，则其静止质量为：
(A) 2m0;
(B) 2 m 0 1 (v / c)2;
(C) m 0 2
A(x1, y1, z1,t1), B(x2 , y2 , z2 , t2 ) A(x1' , y1' , z1' , t1' ), B(x2' , y2' , z2' , t2' )
从S系看发生在S’系事件A、B （已知S’系情况）
由 x (x'vt ' ) x1 (x1 'vt1 ' )
解：由洛仑兹变换
x
x 'vt ' 1 (v / c)2
60 0.6 3 10 8 8 10 8 1 (0.6c / c)2
93(m )
t t'vx ' / c2 1 (v / c)2
8 10 8 0.6 60 / 3 10 8 1 (0.6c / c)2
2.15 10 7 s
8.某核电站年发电量为 100亿度，它等于 36 ×1015J 的能量，如果这是由核材料的全
部静止能转化产生的，则需要消耗的材料的质量为:
(A) 0.4 Kg .
(B) 0.8 Kg.
(C) 12×107 Kg . (D) (1/12) ×107Kg.
[A]
9 在热核反应过程中，
2 1
H31H42
解：设S ' 相对S 的速度为u

相对论简介课件PPT

时间膨胀是由于观察同一个物理过程的参照系之间时间测量标准不同所导致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间相对运动时，时间会变慢，即时间膨胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中的物理规律与均匀引力场中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯性力之间的等效性，为广义相对论的建立奠定了基础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤实验等验证了等效原理的正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中，必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效，未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计量的准确性和精度。

大学物理课件--相对论 ppt课件

▲电磁场的物质性与以太的否定。
2. 光速不变原理
在一切惯性系中，光在真空中沿各个方向传播速度都是C，跟光源与观察者相对速度无关。
基点：电磁理论和迈克p尔pt课件逊实验结果
10
二、洛仑兹变换
前提：♠ 满足光速不变原理和狭义相对性原理
♠ 当u<<c时，换原为伽利略变换
表示：取如下线性变换
x' a11x a12t y' y z' z t ' a21 x a22t
x2 )
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13

t2'

t1'

[(t2

t1 )

u c2
( x2

x1 )]
1o 若 x2 x1 t2 t1 则 t2' t1'
—— 在 S 系中同一地点同时发生两件事
，在 S´ 系中也是同时发生。
2o 若 x2 x1 t2 t1 则 t2' t1'
—— 称为同时的相对性
表述2：力学规律在所有惯性系中都是等价的，具有相同形式。
二、伽利略变换
——相对性原理的数学表达式，是建立在经典时
空观基础上的不同参照系之间的时空变换关系。
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3
S与S´关系如下：
x' x ut y' y z' z
x x ut
y y z z
y
y' u

S
S'
P(x, y,z,t)
P(x', y', z',t')
o

[精]2013高考物理冲刺复习课件：专题十七电磁波-相对论简介(54张ppt)

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电磁波的应用【典例2】(2009·四川高考关于电磁波，下列说法正确的是
() A.雷达是用X光来测定物体位置的设备 B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C.用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 D.变化的电场可以产生变化的磁场
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麦克斯韦电磁场理论【典例1】(2010·天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是
() A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B.电磁波在真空和介质中传播速度相同 C.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
A.同时被照亮
B.A先被照亮
C.C先被照亮
D.无法判断
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【审题视角】解答本题时应注意以下两点：【关键点】 (1)狭义相对论的两个基本原理； (2)运动的相对性.
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电磁波谱【典例3】(2010·上海高考)电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是( ) A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线 B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线 C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波 D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线【审题视角】明确电磁波谱排列的特点及顺序.

相对论ok课件PPT

实验验证与推广
相对论预言得到多次实验验证，并逐步推广到广义相对论和量子力学等领域。
相对论的基本假设与原理
01
02
03
光速不变原理
无论在何种惯性参考系中，光在真空中的速度都是不变的。
相对性原理
物理定律在所有惯性参考系中都是一样的。
质能等价原理
质量和能量是等价的，可以相互转化。
相对论的重要意义
相对论ok课件
• 相对论简介 • 狭义相对论 • 广义相对论 • 相对论的应用 • 相对论的未来发展
01
相对论简介
相对论的起源与发展
19世纪末物理学危机
经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验结果，引发物理学危机。
洛伦兹变换与相对论的提出
爱因斯坦提出两个基本假设，通过洛伦兹变换推导出时间膨胀和长度收缩等相对论效应。
黑洞与宇宙大爆炸都是广义相对论的重要预言和研究对象，对于深入理解宇宙的本质和演化具有重要意义。
广义相对论中的实验验证
广义相对论预言的光线弯曲、引力红移、雷达回波延迟等效应都得到了实验验证，进一步证实了广义相对论的正确性和可靠性。
近年来，随着技术的不断进步，科学家们通过更精确的实验设备和方法对广义相对论进行了更深入的验证，例如利用激光干涉测量技术测量引力波等。这些实验结果进一步证实了广义相对论的预言和理论框架的正确性。
狭义相对论中的质能关系
狭义相对论提出了著名的质能关系公式E=mc^2，其中E表示能量，m表示质量，c表示光速。这个公式表明质量和能量之间存在等价关系，即物体所具有的能量与其质量成正比，且与光速的平方成正比。这一公式为后来的核能和原子能研究提供了理论基础。
03
广义相对论

相对论ppt

解：按经典理论实验室测得
l = v τ 0 = 7 .4 m
l′ = 52m
τ=
τ0
1− β
2
相对论考虑时间膨胀
τ0
为固有时间
运动的π 运动的π+介子平均寿命：
τ =
可得：可得：
τ0
1− β 2
=
τ0
1 − 0.99 2
= 1.8 × 10 − 7 s
l ′ = vτ = 53 m 符合狭义相对论
如果满足下列条件: 如果满足下列条件
x′ =
x − ut 1− β 2
ux t− 2 c t′ = 1− β 2
u (t2 − t1 ) − ( x2 − x1 ) = 0 c
′ ′ ∆t′ = t2 −t1 = 0
两事件同时发生
结论
问题
在某个惯性系中同时发生的两个事件，在另一相对它运动在某个惯性系中同时发生的两个事件，的惯性系中，并不一定同时发生---------------同时的相对性的惯性系中，并不一定同时发生--------同时的相对性
洛仑兹速度变换式
正变换逆变换
vx − u v′ = x u 1− 2 vx − c
vy 2 ′= vy 1− β u 1− 2 vx c vz v′ = 1− β 2 z u 1− 2 vx c
v′ + u x vx = u 1 + 2 v′ x c v′ y vy = 1− β 2 v 1+ 2 v′ x c v′ z vz = 1− β 2 u 1+ 2 v′ c x
∆t = t2 − t1
′ ′ ∆t′ = t2 − t1 = ∆t − u x 2 ∆ c 1− β 2

第十七章狭义相对论基础

第52页/共65页
即： m 1/ 1 v2 / c2
或 m k / 1 v2 / c2
令 u=0 时，m=m0，可得：k=m0，由此得： m m0 1 v2 / c2 p mv m0v 1 v2 / c2
第53页/共65页
3.相对论的能量总能：
E mc2
静能：
E0 m0c2
动能：
Ek mc2 m0c2
第8页/共65页
绝对时空观：
时间：是一种自然的流逝。“绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与外界事物无关。”
空间：是一种物质运动的场所。“绝对的空间就其本质而言与外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。”
第9页/共65页
第10页/共65页
1.光的速度与迈克尔逊－莫雷实验
1 ct d 2 1 u2t2
2
4
t 0
S
1u2 / c2
u M
ct / 2
d
C
ut / 2
第20页/共65页
结论：
1）运动的钟变慢：
t 0
1 u2 / c2
2）运动参照系中所有物理过程的节奏都变漫了。
第21页/共65页
第22页/共65页
第23页/共65页
3.长度量度的相对性
S'(尺静止) :
动能（Ek）：
Ek
1 2
mv2
第48页/共65页
1.2 经典动力学的局限性：局限性：高速运动时不能适用，不满足相对性原理，即不满足洛仑兹变换下的不变性。
经典动力学的改造： 1）改造物理定律，物理量的定义不变； 2）重修定义相关物理量，物理定律不变。
第49页/共65页
2．相对论的质量与动量

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C. =45o
D. 若u沿x’轴正向，则＞45o;
若u沿x’轴负向，则<45o
2021/3/2
5
6. 一火箭的固有长度为L，相对于地面作匀速直线运动的速度为 v1，火箭上有一个人从火箭的后端向火箭前端上的一个靶子发射一颗相对于火箭的速度为v2 的子弹，在火箭上测得子弹从射出到击中靶的时间是 ( )
S S’
2021/3/2
A、两个惯性系相对低速运动 B、两个惯性系相对高速运动 C、任意两个惯性系之间 D、惯性系与非惯性系之间
2021/3/2
3
4.（1）对某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点，同一时刻的两个事件，对于相对该惯性系作匀速直线运动的其他惯性系中的观察者来说，它们是否同时发生？（2）在某惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件，它们在其他惯性系是否同时发生？关于上述两个问题的正确答案是：（）
惯性系K’沿池一边以0.6c的速度相对K系运动时
，在K’系中测得游泳池的面积为（
）．
A、a2 B、0.6a2 C、0.8a2 D、a2/0.8
2021/3/2
7
9.设某微粒子的总能量是它的静止能量K倍，则
其运动速度的大小为（c～表示真空中的光速）
c A. K 1
B. c 1 K 2 k
C. c K 2 1
L A. v1 v2
L B. v 2
L
C.
v2 v1
D.
L
v1 1(v1/c)2
2021/3/2
6
7、粒子在加速器中被加速到动能为其静止能量的4倍时，其质量m与静止质量m0的关系为
A、m=4m0; C、m=6m0;
B、m=5m0; D、 m=8m0.
8、边长为a的正方形游泳池静止于K惯性系，当
2.有一速度为的宇宙飞船沿轴正方向飞行,飞船头尾各有一个脉冲光源在工作，处于船尾的观察者测得船头光源发出得光脉冲的传播
速度大小为 c ,处于船头的观察者测得船尾光源发出得光脉冲的传播速度大小为 c 。
2021/3/2
9
3.在S系中一次爆炸发生在坐标(x，y，z，t) 为(6，0,0,10-8)处，S’系相对S系以0.8c的速
度沿x轴正向运动，在t=t’=0时两参考系的原点重合，求S’中测得该爆炸的坐标 _(_6_,0_,_0_,-_1_0_-_8)__。
x ( x ut )
y
y
z z
( 17.8 )
2021/3/2
t ( t
u c2
x)
10
4.在一个惯性系中两个事件同时发生在距离 x的两地，在以速度与此惯性系作相对运动的另一惯性系中测得这两个事件的时间差为______________
D、 (1),(2),(3)
1
2.设S’系相对S系以匀速u运动，两系原点o’、o重合时，在原点处发出一光脉冲，则两坐标系观测到的波面形状分别是（）
A、S系为球面，S’系为椭球面 B、 S系为椭球面，S’系为球面
C、两系均观测到球面
D、两系均观测到椭球面
2021/3/2
2
3.狭义相对论中“洛仑兹变换”式的适用条件是( )
10.一体积为V0，质量为m0的立方体沿其一棱的方向相对于观察者A以速度
运动，观察者A测得其体积是，密
度是
。
v2 V0 1 c2
2021/3/2
m0 1
V0
1
v2 c2
14
(三)计算题
1.S’系中有一静止时各边长为a正方形面板，今使面板沿其对角线方向匀速运动，速度大小为。试给出S系中面板的正确形状及各边长度和面积。
t '
(t
u c2
x) －
u c2
x
c2
ux 1- (u )2பைடு நூலகம்
c
2021/3/2
11
(二)填空题
5. 两只相对运动的标准时钟A和B，从A 所在的所在惯性系观察，走得快得是 A ，从B所在的所在惯性系观察，走得快得是 B 。
6. 最强宇宙射线具有50J的能量，如果这
一射线是由一个质子形成的，这样一个质
K
D. c K (K 2)
K 1
10.根据相对论力学，动能为1/4Mev的电子(电子
的能量 m0c 2 0.5Mev
),其运动速度约等于
A. 0.1c; C. 0.75c;
B.0.5c; D. 0.8c.
2021/3/2
8
(二)填空题
1.迈克耳逊—莫雷实验通过测量地球相对以太的速度否定了绝对参考系的存在。
狭义相对论
(一)选择题
1、下列几种说法 (1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的。 (2) 真空中光的速度与光的频率、光源的运动
无关。（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同。其中哪些说法是正确的？
A、(1),(2)
B、 (1),(3)
C、 2021/3/2 (2),(3)
解：S系中看S’系面板水平 S S’ 方向对角线长度变为
2
lx a
2
1 c2
S系中看S’系面板垂直方向
对角线长度不变仍为
l y a 2
2021/3/2
15
S系中看S’系面板为菱形，边长为 a'
l
2 x
l
2 y
a
2
2
442
c2
面积为
S 4 1 lx ly lxly a2
2
1
22 2 2
c2
子的速率和光速差为 1.35*10-15 m/s。
50M2c M m0
2
m 200 21 /3/21.6* 71-2 0k 7 g1 - c2
(m 0c3)2c2-22 c(c)
50 12
7.设电子静止质量为me，将一个电子从静止加速到速率为 0.6c （ c 为真空中光
速），需作功_______.
m me
A
Ek
mc 2
mec2
1 4
mec2
1
v2 c2
8.质子的静止质量是me，其动能和它的静
止能量相等．则它的动量______.
Ek = mc 2 - mec 2 = mec 2 E 2 = E02 + P 2c 2 ⇒P = 3mec
2021/3/2
13
9.频率为n的光子的能量为__h_v__,质量为 _h__v_/_c_2_，动量为__h_v_/_c_，动能为_h_v___.
A.（1）同时,（2）不同时。 B.（1）不同时,（2）同时 C.（1）同时,（2）同时。 D.（1）不同时,（2）不同时
2021/3/2
4
5.一刚性直尺固定在K’系中，它与x’轴正
向夹角＝45o，在相对K’系以速u沿x’轴作
匀速直线运动的K系中，测得该尺与x轴正
向夹角为（
）．
A. >45o
B. <45o