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大学物理第6章相对论精品PPT课件

大学物理第6章相对论精品PPT课件

经典力学
高速领域 微观领域
相对论 量子力学
今天来介绍相对论
第相十对八章论-教--学关基于本时要空求观及时空与物质关系的理论。 （所谓经典力学遇到障碍就是经典力学的 时空观出现了问题，相对论从根本上改变 了经典的时空观。） 相对论有狭义相对论广义相对论之分：
狭义相对论（special relativity） 关于惯性系时空观的理论；
对于任何惯性参照系 , 牛顿力学的规律都具有 相同的形式 . 这就是经典力学的相对性原理 .
第十八章 教学基本要求
伽利略变换
当 tt'0时
o 与 o'重合
位置坐标变换公式
x'x v t
y' y
z'z t't
s
y
y s'
y'
y'
v
P(x, y, z)
*
(x', y', z')
vt
x'
o
z z
o' z' z'
x'
x
z z'
第十八章 教学基本要求
试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)
球 投
c
出
d
前
t1
d c
球 投
v cv
出 后
t2
c
d
v
t1 t2
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.
第十八章 教学基本要求
900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星 爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状 星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 ~ 1056年均能 用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 .

2024版大学物理2相对论PPT课件

2024版大学物理2相对论PPT课件
宇宙演化历程
从普朗克时期到暴胀时期，再到辐射主导时期和物质主导 时期，最后到暗能量主导时期的宇宙演化历程。
观测证据
通过观测宇宙微波背景辐射、轻元素丰度、大尺度结构等， 为大爆炸理论提供了有力支持。
2024/1/30
26
黑洞、虫洞等前沿领域研究进展报告
黑洞
介绍黑洞的基本概念、 性质、分类以及观测证 据，探讨黑洞在广义相 对论和量子理论中的研 究进展。
暗能量
发现宇宙加速膨胀的现象，提出暗能量假设以解释这一观测事实。 暗能量具有负压强，推动宇宙加速膨胀。
现代宇宙学问题
探讨暗物质、暗能量的性质、分布及其对宇宙演化的影响，是现代 宇宙学的重要课题。
25
大爆炸理论框架下宇宙演化历程回顾
大爆炸理论
提出宇宙起源于一个极热、极密的状态，经过膨胀、冷却、 物质形成等过程演化至今。
应用领域
物体的质量随其运动速度的增 加而增加。
2024/1/30
物体的能量和质量之间存在着 等价关系，即E=mc²。
通过理论推导和实验验证来探 讨质速关系和质能关系的正确 性。例如，介绍质能方程的推 导过程，以及核反应、粒子衰 变等实验现象对质能关系的验 证。
核能开发与利用、粒子加速器 设计等。
12
29
学生自我评价报告
01 02
学习成果
通过本次课程的学习，我掌握了狭义相对论的基本原理和洛伦兹变换的 方法，对质能关系有了更深入的理解。同时，我也学会了如何运用这些 知识解决一些实际问题。
学习方法
在学习过程中，我采用了多种学习方法，包括听讲、阅读教材、做练习 题、参加讨论课等。这些学习方法帮助我更好地理解和掌握了课程内容。
实验验证方法
3

大学物理学习课件-§18.4 相对论性动量与能量

大学物理学习课件-§18.4 相对论性动量与能量
Chapter 18. 相对论
§18. 4 相对论性动量与能量
§18.4 相对性动量与能量
·1 ·
Chapter 18. 相对论
§18. 4 相对论性动量与能量
一.动量与质量
经典力学：质量为m的物体的加速度与外力关系为

F ma p mv t v v0 adt
验测得其质量皆大于静止质量。
v 2.7 10 m / s
8
m 2.3mo m 3.9mo
v 2.9 10 m / s
8
m
m0 1 ( vm / c )2
显然，当 vm c 时， m ，说明随着 vm增加， 质点的惯性也增加，作用在物体上的外力永远不能 将质点加速至超过光速的速度。
m0 mA 1 ( vA / c )2
m / m0
7 6 5 4 3 2 1 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
F1
一般地写成：
m m0 1 ( vm / c )2
vm c时，m m0
质量与速度关系
vm / c
·7 ·
Chapter 18. 相对论
§18. 4 相对论性动量与能量
-1
m / m0
1.661 1011 1.630 1011
1.590 1011 1.511 10
11 11
4
3
2 1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 v/ c 1.0
1.283 10
·8 ·
Chapter 18. 相对论
§18. 4 相对论性动量与能量
☻实验测得当质子在加速器中被加速接近光速时，实
S
S

大学物理课件--相对论 ppt课件

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 )
ppt课件
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。
ppt课件
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

同济 大学物理 3.质量相对性.ppt

同济 大学物理 3.质量相对性.ppt

Relativistic Energy
E m0c2
1

v2 c2
Note: for v << c E = m0c2 + ½ m0v2
E mc2
E0 m0c2
m m0 1v2 / c2
Ek mc2 m0c2
力的功仍然定义为动能的增量： A Ek
四、动量和能量的关系
p mv E mc2
pc 2 v
E
E m0c2 1 v2 / c2
m0 c 2
E
pc
E2 p2c2 m02c4
例A 、1、B在分惯别性以系速S度中v，A有两vi个,静vB质量都v是i 运m动0 的，粒相子撞
后合在一起为一个静质量为 M0 的粒子，求 M0 。
解：
m0
m0 物体静止时的质量
cv
m
Objects with mass can’t go faster than c !
m0
cv
m
Note: for v = 0 m = m0
Note: for v << c m ≈ m0
Note: for v ≈ c m → infinity ( if m0 ≠ 0 )
二、质量和速度的关系
v
在恒力的作用下，物体 的速度应单调递增，但
c
必须有界。
力等于动量随时间 的变化率。
t
在恒力的作用下，动量的变化率一定，但速度 的变化率越来越小，只能说明惯性质量在增加， 且质量的变化率越来越大。
• 惯性是相对的：惯性质量与速度有关
在狭义相对论中，质量是速度的函数
m
m m0 1v2 / c2

大学物理课件---相对论质量和动量-[福州大学...李培官]

大学物理课件---相对论质量和动量-[福州大学...李培官]
• 讨论：①v=0时，m = m0,即m0 是物体相对于它静止的参
• • • • •
考系测得的质量； ②v<<c时，m≈m0，即牛顿力学的情况； ③v~c时，m 随v 的变化明显，m 是m0 的几十、几百倍。 如当v=0.98c 时，m=5.03m0； ④v>c 时，m 为虚数，无实际意义。说明c 是一切物体运 动速度的极限； ⑤对光子，v = c,相对论质量公式要有意义， 必须m0=0,否则无意义，所以光子的静止质量为零（m0 =0)
若作用时间足够长， 物体的运动速度，可以超过真空中的光速。
这一结论，与伽利略的速度合成法则可能导致超光速的 结论一样，都没有任何实验依据。并且，被越来越多的实验事实 所否定。 经典力学在高速领域遇到了不可克服的困难。
4
2.质速关系式
相对论认为，物体的质量 与物体的运动速度大小 有关，
质 速 关系式
当v<<c 时，m≈m0 为恒量，故认为牛顿定律是狭义相对论 动力学方程在 v<<c 时的一种特殊情况。
速到接近光速。 全长约三公里多的斯坦福直线加速器曾将电子加速到
0.999999999 问：此时电子的质量是其静止质量的几倍？ 7
真 空
由
0.9999999997 0.9999999994
6
3.质-速关系式的推导
设两全同小球，静止质量 A球静止于 S ，
S
mA 0 mB0 m0
B球静止于 S
S
A
v
S
B
完全非弹性碰撞
A
B
u
S系动量守恒：
mv m0 0 (m m0 )u
7
m m0 v u m
S 系动量守恒： m0 0 mv (m m0 )u

大学物理-10相对论2-优质课件


L L0
L L0 原长最长
s
y
s'
y'
u

x' 静止在S’系
L0
固有长度 （原长）
(最长)
zo
o' z'
xx11
x2 x
x2
(t1 t2 )
在相对于尺子静止的惯性系中测得的长度
L 运动长度 在相对于尺子运动的惯性系中测得的长度 （非原长）
在各个不同的惯性系中测量同一把尺子的长度,
相撞
( x2 , t2 ) ( x2 , t2 )
x1 x2 t2 t1 4s 固有时间
在地面上看来 t t 5s
相对论—相对论运动学
§3.2.3 同时性的相对性
考查： 在某一参照系内，同时发生的两件事，在另 一个参照系看来是否是同时发生的？
1、经典力学时空观
在μ介子存活的时间内走行的距离
h
h1
h2 uT 2.23km h2 h
实验结果：地面上能接收到μ介子 相对论—相对论运动学
例3：某飞船相对地球运动速度 u 0.60c
飞船发现慧星 4 秒钟后与慧星相撞。 问：在地球上看来，飞船发现慧星至相撞用了多少时间？
解：两事件： 发现慧星
飞船参照系： ( x1 , t1 ) 地球参照系： ( x1 , t1 )
c
c 尺子沿长度方向以 0.9998 的速度运动。
相对论—相对论运动学
§3.2.2 时间膨胀
S’系: 0 t'2 t'1
sy s'y'u0
B
A x'
o S系: t2 t1
z

大学物理相对论课件

大学物理相对论课件大学物理相对论课件相对论是现代物理学中的重要分支，它对我们对宇宙的理解产生了深远的影响。

在大学物理课程中，相对论通常是一个重要的模块，学生们通过学习相对论可以更好地理解时间、空间和质量之间的关系。

而为了帮助学生更好地理解相对论的概念和原理，教师们通常会使用课件来辅助教学。

一、相对论的基本概念在开始讲解相对论之前，通常会对相对论的基本概念进行介绍。

相对论的核心思想是时间、空间和质量是相互关联的，它们不再是独立存在的。

特别是，相对论引入了“光速不变”的概念，即无论观察者的运动状态如何，光速在真空中的数值始终保持不变。

这一概念对于后续的相对论理论和实验验证都起到了至关重要的作用。

二、洛伦兹变换在相对论课件中，洛伦兹变换通常是一个重要的部分。

洛伦兹变换是相对论中描述时间和空间之间关系的数学工具。

它将经典力学中的伽利略变换推广到了高速运动的情况下。

洛伦兹变换的引入使得我们可以更好地理解相对论中的时间膨胀和长度收缩等现象。

三、狭义相对论狭义相对论是相对论的基础，它主要研究的是惯性参考系之间的相对运动。

在狭义相对论的课件中，通常会涉及到一些重要的概念，如相对论速度叠加原理、等效质量等。

通过学习狭义相对论，学生们可以更好地理解光速不变原理对运动物体的影响，以及质量与能量之间的等价关系。

四、广义相对论广义相对论是相对论的进一步发展，它主要研究的是引力的本质和引力场的性质。

在广义相对论的课件中，通常会介绍爱因斯坦场方程和它的解析解，即引力场方程的解。

此外，还会涉及到黑洞、时空弯曲等引人入胜的话题。

广义相对论的学习需要一定的数学基础，但通过课件的辅助，学生们可以更好地理解这些抽象的概念。

五、实验验证相对论的理论预言已经经过多次实验的验证。

在相对论课件的最后部分，通常会介绍一些实验证据，如测量光速的方法、哈雷彗星的轨道预测等。

这些实验证据可以帮助学生们更好地理解相对论的真实性和重要性。

尽管相对论的概念和原理对于大多数人来说可能有些抽象和困难，但通过相对论课件的辅助，学生们可以更好地理解这一重要的物理学分支。

[课件]大学物理第3章 相对论基础PPT


教学基本内容、基本公式 1. 狭义相对论的基本原理
光速不变原理：对真空中的任何惯性参考系，光沿任意方向的传播速度都是c. 相对性原理：所有物理规律在任何不同的惯性参考中形式相同。
2. 狭义相对论的时空观
爱因斯坦认为，时间和长度的测量是相对的，即时间和长度的测量要受到 测量对象和观察者之间的相对运动的影响，运动要影响测量．这反映出空间、 时间与物质的运动有着不可分割的联系。 在数学上跟相对论时空观相对应的时空坐标变换式为洛仑兹变换。
2 u 2 t1 2 5 1 ( 0 . 6 ) 4 s c
t
8
解答三
y
y
飞 船
t x / v 飞船： x x x 0 . 6 c 5 0 . 8 c 5 7 c 地： 2 1 t 0
u
t1
v
t1 t 3
狭义相对论的时空观爱因斯坦认为时间和长度的测量是相对的即时间和长度的测量要受到测量对象和观察者之间的相对运动的影响运动要影响测量
大学物理第3 章 相对论基 础
第3章 相对论基础
基本要求
理解经典力学的相对性原理，伽利略变换。理解狭义相对论基本原理。洛 仑兹变换。理解狭义相对论时空现（同时的相对性、运动物体长度缩短、 时间膨胀）。理解质量和速度的关系，质量和能量的关系。会计算有关简 单问题。
讨论
6
例: 一飞船和慧星相对于地面分别以0.6c和0.8c速度相向运动， 在地面上观察，5s后两者将相撞，问在飞船上观察，二者将经历 多长时间间隔后相撞？ 解答一: 两者相撞的时间间隔Δ t = 5s是运动着的对象（飞船和慧 星）发生碰撞的时间间隔，因此是运动时．在飞船上观察的碰 撞时间间隔t是以速度v = 0.6c运动的系统的静止时，根据时间 膨胀公式 t t 1(v/ c)2 可得时间间隔为

2024版相对论PPT课件


02
狭义相对论主要内容及推 导
洛伦兹变换公式及其应用
01
02Hale Waihona Puke 03洛伦兹变换公式
描述不同惯性参考系之间 物理量的变换关系，包括 时间、空间坐标、质量和 能量等。
公式推导
基于光速不变原理和狭义 相对性原理，通过数学推 导得到洛伦兹变换公式。
应用举例
解释迈克尔逊-莫雷实验、 计算粒子在加速器中的运 动轨迹等。
现代实验技术：原子钟、GPS等
01
原子钟实验
02
GPS定位技术
利用高精度原子钟来测量时间膨胀效应，验证狭义相对论中关于时间 膨胀的预言。
全球定位系统（GPS）需要考虑相对论效应对卫星钟的影响，通过修 正相对论效应来提高定位精度。
挑战问题一：暗物质和暗能量问题
暗物质问题
观测表明宇宙中存在大量不发光、不 与电磁波相互作用的物质，即暗物质。 相对论无法解释暗物质的性质和行为。
深化对自然规律的认识
相对论揭示了时间、空间、物质和能量之间的 内在联系，有助于我们更深入地理解自然规律。
推动科学技术发展
相对论在导航、通信、高能物理等领域有着广泛应用， 学习相对论有助于推动科学技术的进步。
培养创新思维和批判性思 维
学习相对论需要具备创新思维和批判性思维， 这些思维方式对于培养创新型人才具有重要意 义。
工具。
相对论对未来科技发展影响
相对论揭示了物质、空间和时 间的基本性质，为未来科技发 展提供了深刻的理论启示。
基于相对论的引力波探测、黑 洞观测等前沿研究领域将推动 实验技术和观测手段的创新。
相对论在宇宙航行、星际通信 等领域的应用探索将促进未来 空间科技的发展。
05
相对论实验验证及挑战问 题探讨
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大学物理
第一节 相对论质量和动量 运动方程
一、相对论质量和动量
P＝mv
m m0
静止粒子质量
m0
1
v2 c2
运动粒子质量
m
m ——相对论性质量
v 为粒子相对某一参照系的速率。
质-速关系图：
m m0
4
物体的质量与其运动状态
有关, m(v)是物体的运动质量， 3
m0 是物体的静止质量；
2
大学物理
光速是物体运动的极限速度。
L
大学物理
相对论动能 A
A
dFm dvr
d
r
v
d dt mv
=
E k 从物体静止开始
Ek
m c2 d m
m0
mc 2 m0c 2
Ek E E0
c2 dm
v v2
dmv
d m mv
d
v
v2 d m mc2vdvv2 d m
c2 dm
m
m0
1 v2
c2
m2 c2 v2 m2c2
是否满足动量守恒和能量守恒的条件。
【解】
设复合粒子质量为M
速度为
V
v m0
由动量守恒和能量守恒（或质量守恒）有
mv mv MV V 0 碰撞前后总能量守恒： 2m c2 Mc2
碰撞过程中损失的能量转换成 复合粒子的静质量——静能增
加
M 2m
2m0 1 v2 / c2
M0
> 2m0
大学物理
E m c2
质量是能量的一种量度
E m c2
质量与能量可以相互转化
对于孤立系统，单独的质量守恒不再成立，代之以广义的能量守恒。
二、相对论能量和动量的关系
m
m0
m m0c
1 v2 /c2
c2 v2
大学物理
m c2 v2 m0c m 2c 2 m 2v 2 m02c 2
m 2c4 m 2v 2c 2 m02c4
4p 42 He 2e 2 Q24.69MeV
聚变反应引起的太阳质量减小率只是3×10-19kg/s，是很小的量。目前太阳正 处于中年，估计还有寿命50亿年。
大学物理
质量较大的原子核在中子的袭击下分裂成2个新原子 核，并释放出能量的过程。
裂变产生的新原子核质量不对称，一部分质量是90100，一部分是134-144
1
v《c 时，m = m0 ，与速度无
关——牛顿力学。
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
二、相对论力学的运动方程
大学物理
P＝mv
m0 v
1
v2 c2
在相对论力学中仍用动量变化率定义质点受到的作用力，即：
F d P d (mv) dt dt
dv
dv
m0vv dt c 2 (1 v 2 / c 2 )3/ 2
m0 dt (1 v 2 / c 2 )1/ 2
狭义相对论的动力学基本方程——相当于经典力学 的牛顿第二定律
三、探究 相对论动能
大学物理
1、力的功
AL F dr
L
2、动能定理仍然成立：作用于质
点的合外力的功等于质点动能的增加。
A EK2 EK1
3、相对论动能
设质点静止时的动能为零
EK EK 0 F dr
m 2c4 m02c4 m 2v 2c 2
相对论动量能量关系式： E 2 E02 P 2c2
m0 c 2
E
Pc
例4.2. 设有两个静质量为 m0的粒子，以大小相同、方向相大反学的物速理 度相撞，反应合成一个复合粒子。试计算这个复合粒子的静质量 和运动速度。
【知识点和思路】
本题知识考查相对论的质能关系和能量守恒。本题的关键是要判断系统
大学物理
1/1000
4/1000
铀（1000年） 氘（百亿年）
40
1
大学物理
大学物理
大学物理
总能： E m c2
静能： E0 m0c 2 动能： Ek mc 2 m0c2
讨论
E mc 2 E0 EK
大学物理
E0 m0c2
任何宏观静止的物体具有能量
物体的静能量实际上就是它的总内能，其中包含：
分子间相互作用势能 分子运动动能 原子间结合在一起的化学能 原子核与电子结合在一起的电磁能 原子核内基本粒子间的结合能
在v<<c的情况下：
Ek
m0c2
1 v2
c2
1 2
m0c2
Hale Waihona Puke m0c21 1 2
v2 c2
m0c2
1 2
m0v2
第二节 质能关系
一、静能、总能和质能关系 1、相对论能量 E K mc 2 m0c 2
mc 2 EK m0c2
大学物理
是质点由于运动而 具有的能量
是质点静止时 的能量
爱因斯坦认为质点的总能量应为： E mc 2 E0 E K
质子和中子，由于吸引相互结合在一起成为一个原子核的过程中都有能量放 出——结合能。
npD
大学物理
结合能的计算直接利用质能关系
E m c2
可得
E mnc2 mpc2 m(D)c2
2.224MeV
轻核聚合成较重的核释放出能量的过程称为轻核聚变。
大学物理
对氢原子核聚变反应的研究，可以追溯到20世纪30年代对太阳的研究。 1938年物理学家证明，太阳里进行的氢核聚变成氮核的反应，使它还能光 芒万丈地燃烧几十亿年。
0
2mc 2 d m 2mv 2 d m 2vm2 d v 0
m vdv c2 v2 d m
相对论动能
大学物理
设质点静止时的动能为零。
EK E0K 0
F dr
m
c2dm
mc 2 m0c2
L
m0
相对论动能： EK mc 2 m0c2
【问题】 牛顿力学的动能公式 的适用条件是什么?
一次裂变约有180MeV可资利用的核能。
大学物理
大学物理
大学物理
大学物理
大学物理
1945年8月6日，美国向日本广岛投下原子弹。 弹重4082公斤，长3.05米，弹径0.711米，装料60公斤铀235。 当中只有1公斤在爆炸中进行了核裂变，释放的能力约等于一 万三千公吨的TNT烈性炸药。 死亡7.1万人，伤6.8万人，破坏建筑物5万余所。