2018-2019学年高中物理第十五章相对论简介第3-4节狭义相对论的其他结论广义相对论简介课件新人教版选修3 .ppt

3狭义相对论的其他结论4广义相对论简介,读一读,辨一辨,一、狭义相对论的其他结论阅读教材第105、106页,了解狭义相对论的几个其他结论。1.相对论速度变换公式是什么?答案：设高速火车的速度为v,车上的人以速度u沿着火车前进的方向相对火车运动,光在真空中的速度为c,则此人相对地面的速度为u=。2.什么是相对论的质量?答案：物体以速度v运动时的质量为m,和它静止时的质量m0之间有关系为m=,根据此式可知,微观粒子的运动速度很高时,它的质量明显大于静止时的质量,这个现象必须考虑,也就是说物体的质量与物体的速度有关,并不是恒定不变的。,读一读,辨一辨,3.质能方程表达式是什么?说明了什么?答案：表达式E=mc2。说明物体具有的能量与物体的质量有关。二、广义相对论简介阅读教材第107109页,初步了解广义相对论的几个主要观点及主要观测证据。1.如何认识广义相对性原理?答案：在狭义相对论中,不同惯性参考系中,一切物理规律都是相同的,爱因斯坦在狭义相对论的基础上,把相对性原理推广到包括非惯性参考系在内的任意参考系,在任何参考系中,物理规律都是相同的,这就是广义相对性原理。,读一读,辨一辨,2.什么是等效原理?答案：我们无法判断,在一个封闭的电梯内,物体加速运动是由引力引起的还是参考系相对于物体运动造成的,一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。这就是等效原理。3.广义相对论的其他几个结论是什么?答案：(1)根据等效原理,物质的引力使光线弯曲。(2)广义相对论告诉我们,引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别,在强引力场附近,时间进程会变慢。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。(1)爱因斯坦质能方程违反了质量守恒定律。()解析：不违反,它们是针对不同对象的两条规律。答案：(2)爱因斯坦在狭义相对论中就解决了非惯性系的问题和引力的问题。()解析：狭义相对论没有解决这两个问题。为了解决这两个问题,爱因斯坦提出两个原理:广义相对性原理和等效原理,广义相对性原理解决了狭义相对论中惯性参考系的问题,等效原理解决了万有引力的问题。答案：,读一读,辨一辨,(3)教材中相对论速度变换公式适用于一切运动形式。()解析：经典的速度合成公式和相对论速度变换公式是不同的,在物体运动的速度和光速为一个数量级时,应该按照相对论速度变换公式求解。答案：,读一读,辨一辨,2.探究讨论。如果某一回旋加速器能够把电子的速度增加到0.98c,那么此时电子的质量是静止时的几倍?当回旋加速器把粒子加速到一定速度时,粒子在回旋加速器中就不能再加速了(即使回旋加速器足够大),试解释其原因。答案：(1)根据物体运动质量和静止质量之间的关系m=,代入数据可得此时电子的质量是静止时的5倍。(2)回旋加速器的工作原理是利用电子在磁场中运动一个周期的时间跟所加电场的周期相同,而当粒子的速度接近光速时,其质量改变非常明显,使粒子在磁场中运动的周期改变,从而和电场的周期不同步,进入电场后不能达到加速的目的。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,对狭义相对论几个结论的理解一列火车正以v=50m/s的速度高速行驶,列车内一乘客以相对列车u=5m/s的速度向前跑,站台上的观察者测得该乘客的速度是u=v+u=55m/s。若列车的速度是0.9c,乘客的速度是0.5c,那么站台上的观察者测得该乘客的速度是0.9c+0.5c=1.4c吗?要点提示：不是。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,1.相对论速度交换公式相对论认为,如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v,车上的人以速度u沿着火车前进的方向相对火车运动,那么这个人相对地面的速度u=。理解这个公式时要注意:(1)如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反,则u取负值。(2)当vc,uc时,可忽略不计,此时相对论的速度合成公式可近似为u=u+v。(3)当u和v的方向相垂直或成其他角度时,情况比较复杂,上式不适用。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,2.相对论质量相对论中质量和速度的关系为m=。理解这个公式时要注意:(1)式中m0是物体静止时的质量(也称为静质量),m是物体以速度v运动时的质量。这个关系式称为相对论质速关系,它表明物体的质量会随速度的增大而增大。(2)当vc时,近似地有m=m0。(3)微观粒子的运动速度很大,其质量明显地大于静止时的质量。例如:回旋加速器中被加速的粒子的质量变大,导致粒子做圆周运动的周期变大,它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步,回旋加速器的加速能量因此受到了限制。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,3.质能方程(1)静止物体的能量为E0=m0c2,这种能量叫作物体的静质能。每个有静质量的物体都具有静质能。,(3)物体的总能量E为动能与静质能之和,即E=Ek+E0=mc2(m为动质量)。(4)由质能关系式可知E=mc2。对于微观、高速运动的物体,其速度的叠加不再按照宏观运动规律,而是遵守相对论速度变换公式。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【例题1】一个原来静止的电子,经过100V的电压加速后它的动能是多少?质量改变了百分之几?速度是多少?此时还能否使用经典的动能公式?(m0=9.110-31kg)【思考问题】电子被电场加速末动能如何计算?提示：由动能定理计算:Ek=eU。解析：由动能定理:Ek=eU=1.610-19100J=1.610-17J,上述计算表明,加速后的电子还属于低速,可以使用经典的动能公式。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,答案：1.610-17J0.02%5.9106m/s可以使用经典动能公式,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1一粒子以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考系的速度。解析：已知v=0.05c,u=0.8c。由相对论速度变换公式得,答案：0.817c,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,广义相对论的几个结论地球表面有引力,那么为什么在地球表面均匀介质中光沿直线传播?要点提示：地球表面引力场很弱,对光的传播方向影响很小,所以认为光沿直线传播。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.光线在引力场中弯曲:根据广义相对论,物质的引力会使光线弯曲,引力场越强,弯曲越厉害。通常物体的引力场都太弱,但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲。2.引力红移:按照广义相对论,引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。例如,在强引力的星球附近,时间进程会变慢,因此光振动会变慢,相应的光的波长变长、频率变小,光谱线会发生向红光一端移动的现象。光谱线的这种移动是在引力作用下发生的,所以叫“引力红移”。广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所证实。还有其他一些事实也支持广义相对论。目前,广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥了主要作用。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,(1)光线在引力场中弯曲,以及引力红移现象都是在引力场很强的情况下产生的效应。(2)光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象在我们的日常生活中仍然成立。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】在适当的时候,通过仪器可以观察到太阳后面的恒星,这说明恒星发出的光()A.经过太阳时发生了衍射B.可以穿透太阳及其他障碍物C.在太阳引力场作用下发生了弯曲D.经过太阳外的大气层时发生了折射解析：根据爱因斯坦的广义相对论可知,光线在太阳引力场作用下发生了弯曲,所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星,故选项C正确,A、B、D错误。答案：C归纳总结光线弯曲不一定是光发生了折射现象,根据广义相对论引力场的存在也可以使光线发生弯曲。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2导学号73884157下列说法正确的是()A.由于太阳引力场的影响,我们有可能看到太阳后面的恒星B.强引力作用可使光谱线向红端偏移C.引力场越强的位置,时间进程越慢D.由于物质的存在,实际的空间是弯曲的解析：由广义相对论我们知道:物质的引力使光线弯曲,因此选项A、D正确。在引力场中时间进程变慢,而且引力越强,时间进程越慢,因此我们能观察到引力红移现象,所以选项B、C正确。答案：ABCD,1234,1.(考查物理学史)著名的科学家爱因斯坦在物理学的发展过程中做出了不可磨灭的贡献,下列不是他作出的贡献的是()A.发现了黑洞的存在B.创造狭义相对论C.提出了广义相对论D.提出质量和能量的关系答案：A,1234,2.(考查相对论质量)回旋加速器在对粒子进行加速时,当加速到一定的数值,速度不再增加。而不增加的原因是当速度增加到某一值,电场变换的周期和粒子在磁场中运动的周期不相等了,所以不能继续加速。关于周期变化的原因,下列说法正确的是()A.质量的变化引起粒子在磁场中运动周期的变化B.人为地进行调整,怕速度超过光速C.由于回旋加速器的D形盒的半径太小,所以粒子要离开磁场了D.以上猜想都不对解析：物体的质量在低速情况下和静止质量相差不多,但是当物体速度逐渐增大,速度对质量的影响将会越来越大,从而改变了粒子在磁场中的运行周期。答案：A,1234,3.导学号73884158(考查质能方程)正、负电子的静止质量均为m0,当一个正电子和一个负电子相遇时可以发生湮灭现象,即两电子消失而产生一对相同的光子,则每个光子的能量为()A.m0c2B.2m0c2,解析：光子能量的来源是电子质量的损失,每个电子由于