高中物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第3節(jié) 狹義相對(duì)論的其他結(jié)論 第4節(jié) 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介課件 新人教版選修34

物 理選修選修3-4 人教版人教版第十五章相對(duì)論簡(jiǎn)介相對(duì)論簡(jiǎn)介第三節(jié)第三節(jié) 狹義相對(duì)論的其他結(jié)論狹義相對(duì)論的其他結(jié)論第四節(jié)第四節(jié) 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介了解相對(duì)論速度變換公式了解相對(duì)論速度變換公式了解相對(duì)論質(zhì)量公式了解相對(duì)論質(zhì)量公式知道質(zhì)能方程知道質(zhì)能方程了解廣義相對(duì)性原理和等效原理了解廣義相對(duì)性原理和等效原理了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論1 1課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時(shí)作業(yè)課時(shí)作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 1經(jīng)典物理速度變換公式 設(shè)車(chē)對(duì)地的速度為v，人對(duì)車(chē)的速度為u，車(chē)上人相對(duì)于地面的速度為u，經(jīng)典的時(shí)空觀：u_。 2相對(duì)論的速度變換公式 (1)_ 如果車(chē)上人運(yùn)動(dòng)方向與車(chē)運(yùn)動(dòng)方向相同，u取_值，如果車(chē)上人運(yùn)動(dòng)方向與車(chē)運(yùn)動(dòng)方向相反，u取_值。 (2)結(jié)論：光速c是宇宙萬(wàn)物速度的極限，且相對(duì)于任何參考系都是_的。狹義相對(duì)論的其他結(jié)論狹義相對(duì)論的其他結(jié)論uv 正正 負(fù)負(fù) 不變不變 1經(jīng)典力學(xué) 物體的質(zhì)量是_的，一定的力作用在物體上，產(chǎn)生的加速度也是_的，足夠長(zhǎng)的時(shí)間以后物體就可以達(dá)到_速度。 2相對(duì)論情況下 物體的質(zhì)量隨其速度的增大而增大。物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0的關(guān)系式為：_。 3質(zhì)能方程 質(zhì)能方程：_。 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量m和它所具有的能量E之間的關(guān)系。相對(duì)論質(zhì)量相對(duì)論質(zhì)量不變不變 一定一定 任意大的任意大的 Emc2 1超越狹義相對(duì)論的思考 愛(ài)因斯坦思考狹義相對(duì)論無(wú)法解決的兩個(gè)問(wèn)題： (1)引力問(wèn)題：萬(wàn)有引力理論無(wú)法納入_的框架； (2)非慣性系問(wèn)題：狹義相對(duì)論只適用于_。它們是促成廣義相對(duì)論的前提。 2廣義相對(duì)性原理和等效原理 (1)廣義相對(duì)性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是_的。 (2)等效原理：一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系_。廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論 慣性參考系慣性參考系 相同相同 等價(jià)等價(jià) 3廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論 (1)光線經(jīng)過(guò)強(qiáng)引力場(chǎng)發(fā)生_； (2)引力紅移：引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的_進(jìn)程出現(xiàn)了差別。而使矮星表面原子發(fā)光頻率_。彎曲彎曲 時(shí)間時(shí)間 偏低偏低 判一判 (1)物體的質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，能量一定發(fā)生變化。() (2)質(zhì)量是物體的固有屬性，因此在任何情況下都不會(huì)發(fā)生改變。() (3)只有運(yùn)動(dòng)物體才具有能量，靜止物體沒(méi)有能量。() (4)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程違反了質(zhì)量守恒定律。() (5)愛(ài)因斯坦在狹義相對(duì)論中就解決了非慣性系的問(wèn)題和引力的問(wèn)題。 () (6)教材中相對(duì)論速度變換公式適用于一切運(yùn)動(dòng)形式。() 選一選 如圖所示，雞蛋和乒乓球都靜止在地面上，關(guān)于二者所具有的能量關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是() A雞蛋大 B乒乓球大 C一樣大 D無(wú)法進(jìn)行比較 解析：物體所具有的能量和其質(zhì)量有關(guān)，根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量越大，所具有的能量越大，所以雞蛋具有的能量大于乒乓球具有的能量。A 想一想 愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論后，為什么還要提出廣義相對(duì)論？ 答案：愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論后，遇到了狹義相對(duì)論無(wú)法解決的兩個(gè)問(wèn)題：萬(wàn)有引力理論無(wú)法納入狹義相對(duì)論的框架；慣性參考系在狹義相對(duì)論中具有特殊的地位。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，愛(ài)因斯坦又向前邁進(jìn)一大步，提出了廣義相對(duì)論。課課 內(nèi)內(nèi) 探探 究究 當(dāng)粒子回旋加速器把粒子加速到一定速度時(shí)，粒子在回旋加速器中就不能再加速了(即使回旋加速器足夠大)，試解釋其原因。探究一狹義相對(duì)論的其他結(jié)論探究一狹義相對(duì)論的其他結(jié)論提示：提示：回旋加速器的工作原理是利用電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間跟回旋加速器的工作原理是利用電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間跟所加電場(chǎng)的周期相同，而當(dāng)粒子的速度接近光速時(shí)，其質(zhì)量改變非常明顯，使所加電場(chǎng)的周期相同，而當(dāng)粒子的速度接近光速時(shí)，其質(zhì)量改變非常明顯，使粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期改變，從而和電場(chǎng)的周期不同步，進(jìn)入電場(chǎng)后不能達(dá)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期改變，從而和電場(chǎng)的周期不同步，進(jìn)入電場(chǎng)后不能達(dá)到加速的目的。到加速的目的。 2vc時(shí)，近似地mm0。 3微觀粒子的運(yùn)動(dòng)速度很高，它的質(zhì)量明顯地大于光子質(zhì)量。例如回旋加速器中被加速的粒子質(zhì)量會(huì)變大，導(dǎo)致做圓周運(yùn)動(dòng)的周期變大后，它的運(yùn)動(dòng)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因此受到了限制。 三、質(zhì)能方程 1愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：Emc2。 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量的關(guān)系，即一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)。 2對(duì)于一個(gè)以速率v運(yùn)動(dòng)的物體，其總能量為動(dòng)能與靜質(zhì)能之和，即EEkE0，其中靜質(zhì)能E0m0c2。 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程為開(kāi)創(chuàng)原子能時(shí)代提供了理論基礎(chǔ)。當(dāng)物體靜止時(shí)，它本身蘊(yùn)含著一份很大的能量。如m01kg，其靜止能量E091016J。而我們通常所利用的物體的動(dòng)能僅僅是mc2和m0c2之差，即EkEE0 特別提醒：(1)不能把質(zhì)量和能量混為一談，不能認(rèn)為質(zhì)量消失了，只剩下能量在轉(zhuǎn)化，更不能認(rèn)為質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)變。 (2)在一切過(guò)程中，質(zhì)量和能量是分別守恒的，只有在微觀粒子的裂變和聚變過(guò)程中，有質(zhì)量虧損的情況下，才會(huì)有質(zhì)能方程的應(yīng)用，即Emc2。 解題指導(dǎo)：本題需要理解愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，并用它解決實(shí)際問(wèn)題。 答案：4.81026 W1.71018 kg 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1設(shè)想有一艘飛船以v0.8c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿其運(yùn)動(dòng)方向拋出一物體，該物體相對(duì)于飛船的速度為0.9c，從地面上的人看來(lái)，物體的速度為() A1.7cB0.1c C0.99cD無(wú)法確定C 北京時(shí)間2010年11月16日凌晨1時(shí)30分，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)宣布該局發(fā)射的“錢(qián)德拉”X射線太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞。你知道“黑洞”是如何形成的嗎？ 提示：黑洞是質(zhì)量非常大的天體，引起了周?chē)臅r(shí)空彎曲，以致于光也不能從黑洞中射出，從而形成了黑洞。探究二廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論探究二廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論 1光線在引力場(chǎng)中彎曲 根據(jù)廣義相對(duì)論，物質(zhì)的引力會(huì)使光線彎曲，引力場(chǎng)越強(qiáng)，彎曲越厲害。通常物體的引力場(chǎng)都太弱，但太陽(yáng)引力場(chǎng)卻能引起光線比較明顯的彎曲。 2引力紅移 按照廣義相對(duì)論，引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別。例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，因此光振動(dòng)會(huì)變慢，相應(yīng)的光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)、頻率變小，光譜線會(huì)發(fā)生向紅光一端移動(dòng)的現(xiàn)象。光譜線的這種移動(dòng)是在引力作用下發(fā)生的，所以叫“引力紅移”。 廣義相對(duì)論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所證實(shí)。還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對(duì)論。目前，廣義相對(duì)論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮了重要作用。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，通過(guò)儀器可以觀察到太陽(yáng)后面的恒星，這說(shuō)明星體發(fā)出的光() A經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射 B可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物 C在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲 D經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射C 解題指導(dǎo)：光線在引力場(chǎng)中發(fā)生彎曲。 解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知，光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí))通過(guò)儀器觀察到太陽(yáng)后面的恒星，故C正確，A、B、D均錯(cuò)。 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2如果你以接近于光速的速度朝一星體飛行(如圖)，你是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺(jué)自己是在運(yùn)動(dòng)() A你的質(zhì)量在增加 B你的心臟跳動(dòng)在慢下來(lái) C你在變小 D你永遠(yuǎn)不能由自身的變化知道你的速度 解析：根據(jù)廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論，可知選項(xiàng)D正確。D 素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升(多選)關(guān)于Emc2，下列說(shuō)法中正確的是() A質(zhì)量為m的物體，就儲(chǔ)存有mc2的能量 B質(zhì)量為m的物體，對(duì)應(yīng)著mc2的動(dòng)能 C如果物體質(zhì)量減少m，就將該質(zhì)量轉(zhuǎn)化為mc2的能量 D如果物體質(zhì)量減少m，就將產(chǎn)生mc2的能量 易錯(cuò)分析：根據(jù)Emc2得出結(jié)論認(rèn)為“質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量”。這是對(duì)相對(duì)論的曲解。 解析：愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系說(shuō)明了質(zhì)量和能量的對(duì)應(yīng)關(guān)系和守恒關(guān)系，但不是能量和質(zhì)量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，一個(gè)質(zhì)量為m的物體，一定具有mc2的能量，選項(xiàng)A、D正確。AD