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高中物理 第五章 相对论 第三节 质能方程与相对论速度合成定理学案(含解析)粤教版选修3-4-粤教版高二选修3-4物理学案VIP免费

高中物理 第五章 相对论 第三节 质能方程与相对论速度合成定理学案(含解析)粤教版选修3-4-粤教版高二选修3-4物理学案_第1页
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第三节质能方程与相对论速度合成定理学习目标重点难点1.能记住相对论中质量和速度的关系式,并进行相关计算.2.能记住爱因斯坦质能方程并进行相关计算.3.能记住相对论的速度合成定理,并进行相关计算.重点:1.相对论中质量和速度的关系式.2.爱因斯坦质能方程.难点:相对论的速度合成定理和相关计算.一、相对论质量1.经典力学物体的质量是一定的,一定的力作用在物体上,产生的加速度也是一定的,经过足够长的时间以后物体就可以达到足够大速度.2.相对论物体的质量随物体速度的增大而增大.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=,从公式和v<c可知,物体运动时的质量m总大于它静止时的质量m0.二、质能方程:物体的质量m与其具有的能量E之间的关系是E=mc2.可见物体的能量和质量成正比.三、相对论速度合成定理.1.速度合成定理设在高速火车上,火车对地面的速度为v,车上的人以速度u′沿火车前进的方向相对火车运动,那么他相对地面的速度u为u=,如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反,则u′取负值.2.结论光速c是宇宙速度的极限,且相对任何参考系,光速都是不变的.预习交流由质量和速度的关系式021()mmvc和v<c可知,物体运动时的质量总大于它静止时的质量,而且物体的速度v越大,则物体的运动质量也越大,若v=c时,则m应是无限大但这是不可能的,对此应如何理解?答案:设想物体速度逐渐向c靠拢,m要逐渐增大,产生加速度的力也要逐渐增大.当v接近c时,产生加速度的力要很大.所以宏观物体的速度是不可能增大到接近光速的.对于没有静止质量的粒子(如光子)才可以达到光速.因此,速度越大,物体的运动质量越大,但不能达到无限大.一、相对论质量1.为什么说运动物体的质量大于静止时的质量m0?答案:由于物体的速度v不可能达到光速,所以总有v<c,1-()2<1,根据相对论质量公式m=易得结论.2.由相对论质量关系m=知,物体的运动质量大小和速率有关,速率v越大,则物体的运动质量就越大.人造卫星以第一宇宙速度(约8km/s)运动时,它的质量和静质量之比是多少?答案:1.00000000035解析:()2=()2=7.1×10-10,由公式m=得=1.00000000035.关于物体的质量,下列说法正确的是().A.在牛顿力学中,物体的质量是保持不变的B.在牛顿力学中,物体的质量随物体的速度变化而变化C.在相对论力学中,物体静止时的质量最大D.在相对论力学中,物体的质量随物体的速度的增大而增大1答案:AD解析:在牛顿力学中,物体的质量是保持不变的,A正确,B错误;由m=知在相对论力学中物体静止时的质量最小,物体的质量随速度的增大而增大,C错误,D正确.1.在低速运动中可以认为物体的质量与速度无关.在高速运动中,一定要考虑质量与运动速度之间的关系.2.物体的质量随速度的增大而增大,但宏观物体的质量不能增大到无限大.二、质能方程质能方程E=mc2表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系.一核弹含20kg的钚,爆炸后生成的静止质量比原来小1/10000,试分析该核弹爆炸过程中释放的能量是多少?答案:1.8×1014J解析:爆炸前后质量变化:Δm=×20kg=0.002kg.释放的能量为:ΔE=Δmc2=0.002×(3×108)2J=1.8×1014J.电子静止时质量为9.1×10-31kg,被加速器加速后,其能量为1.28×109eV,问加速后电子的质量是多少?是静止质量的多少倍?点拨:电子被加速后的能量是电子的总能量,而不只是电子具有的动能,满足公式E=mc2.答案:2.28×10-27kg2505倍解析:由E=mc2可得m==kg=2.28×10-27kg故==2505.对质能方程E=mc2的理解:1.如果物体静止,则E0=m0c2,m0为物体静止时的质量.2.如果物体具有动能,则E=E0+Ek=mc2,m为物体运动时的质量.三、相对论速度合成定理学生讨论:若一宇宙飞船对地以速度v运动,宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c,问在地上观察者看来,光速应为v+c吗?答案:地面的观察者看来,光速是c,不是v+c.一粒子以0.05c的速度相对实验室参考系运动.此粒子衰变时发射一个电子,电子相对于粒子的速度为0.8c,电子的运动方向与粒子运动方向相同.求电子相对于实验室参...

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