《2019-2020學(xué)年高中物理 第15章 3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介學(xué)案 新人教版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第15章 3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介學(xué)案 新人教版選修3-4（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、3狹義相對論的其他結(jié)論4廣義相對論簡介學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道相對論速度疊加規(guī)律.2.知道相對論質(zhì)能關(guān)系(重點(diǎn))3.初步了解廣義相對論的幾個主要觀點(diǎn)以及主要觀測證據(jù)(難點(diǎn))4.關(guān)注宇宙學(xué)的新進(jìn)展一、狹義相對論的其他假設(shè)1相對論速度變換公式以高速火車為例如圖，設(shè)車對地面的速度為v，車上的人以速度u沿著火車前進(jìn)的方向相對火車運(yùn)動，那么他相對地面的速度u為u.這一公式僅適用于u與v在一直線上的情況，當(dāng)u與v相反時，u取負(fù)值2相對論質(zhì)量(1)按照牛頓力學(xué)，物體的質(zhì)量是不變的，因此一定的力作用在物體上，產(chǎn)生的加速度也是一定的，這樣，經(jīng)過足夠長的時間以后物體就可以達(dá)到任意大的速度(2)相對論的速度疊加公式表明，物
2、體的運(yùn)動速度不能無限增加，嚴(yán)格的論證證實(shí)了這一點(diǎn)，實(shí)際上，物體以速度v運(yùn)動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系m3質(zhì)能方程：相對論另一個重要結(jié)論就是大家都很熟悉的愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，式中m是物體的質(zhì)量，E是它具有的能量二、廣義相對論簡介1超越狹義相對論的思考(1)萬有引力理論無法納入狹義相對論框架(2)慣性參考系在狹義相對論中具有特殊的地位2廣義相對論的基本原理(1)廣義相對性原理：在任何參考系中物理規(guī)律都是相同的(2)等效原理：一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系等價3廣義相對論的幾個結(jié)論(1)光線在引力場中彎曲(2)引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)偏差(引力紅移
3、)1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)只有運(yùn)動物體才具有能量，靜止物體沒有能量()(2)一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對應(yīng)()(3)Emc2中能量E其實(shí)就是物體的內(nèi)能()(4)廣義相對論提出在任何參考系中物理規(guī)律都是相同的()(5)廣義相對論提出光線會在引力場中沿直線傳播()2(單選)1905年，愛因斯坦創(chuàng)立了“相對論”，提出了著名的質(zhì)能方程下面涉及對質(zhì)能方程理解的幾種說法中正確的是()A若物體能量增大，則它的質(zhì)量增大B若物體能量增大，則它的質(zhì)量減小C若核反應(yīng)過程質(zhì)量減小，則需吸收能量D若核反應(yīng)過程質(zhì)量增大，則會放出能量A由Emc2，若E增大，則m增大；若E減小，則m減小，故A正確，B
4、錯；若m減小，則E減小；若m增大，則E增大，故C、D錯3(單選)下列說法中不正確的是()A由于太陽引力場的影響，我們有可能看到太陽后面的恒星B強(qiáng)引力作用可使光譜線向紅端偏移C引力場越強(qiáng)的位置，時間進(jìn)程越快D由于物質(zhì)的存在，實(shí)際的空間是彎曲的C由廣義相對論我們知道，物質(zhì)的引力可以使光線彎曲，使空間彎曲，故選項A、D正確；在引力場中時間進(jìn)程變慢，而且引力越強(qiáng)，時間進(jìn)程越慢，因此我們能觀察到引力紅移現(xiàn)象，所以選項B正確，C錯誤狹義相對論的其他假設(shè)1相對論速度變換公式的理解假設(shè)高速火車對地面的速度為v，車上的一高速粒子以速度u沿火車前進(jìn)的方向相對火車運(yùn)動，那么此粒子相對于地面的速度為u.(1)若粒子運(yùn)
5、動方向與火車運(yùn)動方向相反，則u取負(fù)值(2)如果vc，uc時，可忽略不計，這時相對論的速度變換公式可近似為uuv.(3)若uc，vc，則uc，表明一切物體的速度都不能超過光速(4)該變換公式只適用于同一直線上勻速運(yùn)動速度的變換，對于更復(fù)雜的情況不適用2相對論質(zhì)量公式的理解(1)式中m0是物體靜止時的質(zhì)量(也稱為靜質(zhì)量)，m是物體以速度v運(yùn)動時的質(zhì)量，這個關(guān)系式稱為相對論質(zhì)速關(guān)系，它表明物體的質(zhì)量會隨速度的增大而增大(2)微觀粒子的運(yùn)動速度很大，它的質(zhì)量明顯大于靜止質(zhì)量，像回旋加速器中被加速的粒子質(zhì)量會變大，導(dǎo)致做圓周運(yùn)動的周期變大后，它的運(yùn)動與加在D形盒上的交變電壓不再同步，回旋加速器的加速能量
6、因此受到了限制3對質(zhì)能方程的理解愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2.它表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對應(yīng)(1)靜止物體所對應(yīng)的能量為E0m0c2，這種能量稱為物體的靜質(zhì)能，每個有靜質(zhì)量的物體都有靜質(zhì)能(2)由質(zhì)能關(guān)系式可得Emc2.其中m表示質(zhì)量的變化量，該式意味著當(dāng)質(zhì)量減少m時，要釋放出Emc2的能量(3)物體的總能量E為動能Ek與靜質(zhì)能E0之和，即EEkE0mc2(m為物體運(yùn)動時的質(zhì)量)【例1】電子的靜止質(zhì)量m09.111031kg.(1)試用焦和電子伏為單位來表示電子的靜質(zhì)能(2)靜止電子經(jīng)過106 V電壓加速后，其質(zhì)量和速率各是多少？解析(1)由質(zhì)能方程得：E
7、m0c29.111031(3108)2 J8.21014 J eV0.51 MeV.(2)由能量關(guān)系得：eU(mm0)c2，解得mm0kg9.111031kg2.691030 kg.由質(zhì)量和速度的關(guān)系得m.解得：vc3108 m/s2.82108 m/s.答案(1)8.21014 J0.51 MeV(2)2.691030 kg2.82108 m/s相對論并沒有推翻牛頓力學(xué)，也不能說牛頓力學(xué)已經(jīng)過時了，相對論使牛頓力學(xué)的使用范圍變得更清楚了1已知電子的靜止能量為0.511 MeV，若電子的動能為0.25 MeV，則它所增加的質(zhì)量m與靜止質(zhì)量m0的比值近似為_解析由題意Em0c2即m0c20.51
8、11061.61019 JEmc2即mc20.251061.61019 J由得0.5.答案0.5廣義相對論簡介1光線在引力場中彎曲根據(jù)廣義相對論，物質(zhì)的引力會使光線彎曲，引力場越強(qiáng)，彎曲越厲害通常物體的引力場都太弱，但太陽引力場卻能引起光線比較明顯的彎曲2引力紅移按照廣義相對論，引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢，因此光振動會變慢，相應(yīng)的光的波長變長、頻率變小，光譜線會發(fā)生向紅光一端移動的現(xiàn)象光譜線的這種移動是在引力作用下發(fā)生的，所以叫“引力紅移”3水星近日點(diǎn)的進(jìn)動天文觀測顯示，行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的，它們的近日點(diǎn)(或遠(yuǎn)日點(diǎn))有進(jìn)動(行星
9、繞太陽一周后，橢圓軌道的長軸也隨之有一點(diǎn)轉(zhuǎn)動，叫做“進(jìn)動”)，這個效應(yīng)以離太陽最近的水星最為顯著，這與牛頓力學(xué)理論的計算結(jié)果有較大的偏差，而愛因斯坦的廣義相對論的計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果十分接近，廣義相對論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測所證實(shí)還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對論目前，廣義相對論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮了主要作用【例2】如圖所示，在一個高速轉(zhuǎn)動的巨大轉(zhuǎn)盤上，放著A、B、C三個時鐘，其中走時最快的是_鐘，走時最慢的是_鐘解析根據(jù)廣義相對論的等效原理可知，加速參考系中出現(xiàn)的慣性力等效于引力，在引力場中，時鐘變慢，引力場越強(qiáng)，時鐘變慢越甚，轉(zhuǎn)盤上的觀察者認(rèn)為，圓盤是靜止的，在圓盤上
10、存在著一個引力(非慣性力，與向心力大小相等、方向相反)，方向指向邊緣，越靠近邊緣，引力越強(qiáng)，鐘走時越慢答案AC廣義相對論效應(yīng)(1)光線在引力場中彎曲以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場很強(qiáng)的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)(2)光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象在我們的日常生活中仍然成立2下列說法中正確的是()A物體的引力使光線彎曲B光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢D在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變快E廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象解析根據(jù)廣義相對論的幾個結(jié)論可知，選項A、C、E正確，B、D錯誤答案ACE課 堂 小 結(jié)知 識 脈 絡(luò)1.相對論速度變換公式.2.相對論質(zhì)能關(guān)系.3.廣義相對性原理.4.廣義相對論的結(jié)論.- 6 -
2019-2020學(xué)年高中物理 第15章 3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介學(xué)案 新人教版選修3-4
