高中物理 第六章 相对论 6.2 狭义相对论的两个基本假设学案 教科版选修3-4.doc

狭义相对论的两个基本假设(选学)学习目标定位1.了解广义相对论的基本原理.2.初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据1广义相对论的两个基本原理(1)广义相对性原理在任何参考系中物理规律都是一样的(2)等效原理一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的2、广义相对论点滴问题设计1在一个全封闭的宇宙飞船中，若飞船静止，宇航员将一小球自由释放，小球将怎样运动？假如没有引力场，飞船加速上升，宇航员将小球自由释放，小球相对飞船会怎样运动？答案小球都是以某一加速度落向舱底2宇航员能否根据“小球的加速下落”判断飞船是静止在一个引力场中，还是正处在一个没有引力场而正加速上升的过程中？答案不能要点提炼1广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是一样的(2)等效原理：一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的2广义相对论的几个结论(1)光线在引力场中弯曲(2)引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别(引力红移)一、相对论速度变换公式例1一粒子以0.05c的速率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，电子的衰变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u0.05c，vx0.8c.由相对论速度变换公式得vx，vx0.817c.答案0.817c二、对质能方程的理解例2下列关于爱因斯坦质能方程的说法中，正确的是()a只有运动的物体才具有质能，静止的物体没有质能b一定的质量总是和一定的能量相对应cemc2中能量e其实就是物体的内能d由emc2知质量与能量可以相互转化解析emc2表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少，质量与能量并没有相互转化故选项b正确，d错误；静止的物体也具有能量，称为静质能e0，e0m0c2，m0叫做静质量；emc2中的能量e包括静质能e0和动能ek，而非物体的内能，故选项a、c错误答案b三、广义相对论的几个结论例3在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光()a经太阳时发生了衍射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c正确，a、b、d均错答案c1.(相对论速度变换公式)在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与uv的关系是()auuvbuuv d以上均不正确答案b解析由相对论速度变换公式可知b正确2(对质能方程的理解)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小d在相对论力学中，物体的质量随物体速度的增大而增大答案acd解析在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的，故选项a正确，b错误；在相对论力学中，由于物体的速度v不可能达到光速c，所以vc,1()21，根据m，可知选项c、d均正确3(广义相对论的几个结论)在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于飞船的运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是()a船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的b船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的c航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的d航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的答案ad题组一相对论速度变换公式1设想有一艘飞船以v0.8c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体，该物体相对于飞船的速度为0.9c，从地面上的人看来，物体的速度为()a1.7c b0.1cc0.99c d无法确定答案c解析根据相对论速度变换公式得u0.99c.2火箭以c的速度飞离地球，在火箭上向地球发射一束高能粒子，粒子相对地球的速度为c，其运动方向与火箭的运动方向相反则粒子相对火箭的速度大小为()a.c b. c.c d.答案c解析由相对论的速度变换公式得c解得uc，负号说明与v方向相反3地球上一观察者，看见一飞船a以速度2.5108 m/s从他身边飞过，另一飞船b以速度2.0108 m/s跟随a飞行求：(1)a上的乘客看到b的相对速度；(2)b上的乘客看到a的相对速度答案(1)1.125108 m/s(2)1.125108 m/s解析(1)a上的乘客看地面上的人以2.5108 m/s向后运动地面上的人看b以2.0108 m/s向前运动，则a上的乘客看到b的相对速度为u108 m/s1.125108 m/s.(2)b上的乘客看到a的相对速度为1.125108 m/s.题组二相对论质量和质能方程4一个物体静止时质量为m0、能量为e0.速度为v时，质量为m、能量为e、动能为ek.下列说法正确的是()a物体速度为v时的能量emc2b物体速度为v时的动能ekmc2c物体速度为v时的动能ekmv2d物体速度为v时的动能ek(mm0)c2答案ad5已知电子的静止能量为0.511 mev，若电子的动能为0.25 mev，则它所增加的质量m与静止质量m0的比值近似为()a0.1 b0.2 c0.5 d0.9答案c解析设电子运动时的速度为v由题意知e0m0c20.511 mev电子运动时的能量ee0ek0.761 mev又因为emc2m将代入得e由可知所以0.5，故选项c正确6一核弹含20 kg的钚，爆炸后生成的核静止质量比原来小.求爆炸中释放的能量答案1.81014 j解析爆炸前后质量变化为：m20 kg0.002 kg，释放的能量为emc20.002(3108)2 j1.81014 j.7太阳在不断地向外辐射能量，因而其质量也在不断地减小若太阳每秒钟辐射的总能量为41026 j，试计算太阳在1 s内失去的质量估算太阳在5 000年内总共减少了多少质量，并与太阳的总质量21027 t相比较答案见解析解析由太阳每秒钟辐射的能量e可得其在1 s内失去的质量为m kg4.44109 kg5 000年内太阳总共减少的质量为m5 000365243 6004.44109 kg71020 kg，与总质量相比3.51010，比值较小题组三广义相对论的几个结论8关于狭义相对论、广义相对论的认识，下列说法正确的是()a万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释b电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释c狭义相对论是惯性参考系之间的理论d万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架e由emc2知质量和能量可以相互转化答案bcd9下列说法中正确的是()a物质的引力使光线弯曲b光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用c在强引力的星球附近，时间进程会变慢d广义相对论可以解释引力红移现象答案acd解析根据广义相对论的结论可知，选项a、c、d正确，b错误10下列说法中，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，时间进程越快d由于物质的存在，实际的空间是弯曲的答案abd解析由广义相对论我们可知：物质的引