【优化方案】高中物理 第15章 第四节 广义相对论简介课件 新人教版选修34.ppt

第三节狭义相对论的其他结论第四节广义相对论简介 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 课标定位 知能优化训练 第四节广义相对论简介 课标定位学习目标 1 知道相对论速度变换公式 相对论质量和质能方程 2 了解广义相对论的基本原理 3 初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据 重点难点 狭义相对论的几个其他结论和质能关系 课前自主学案 一 狭义相对论的其他结论1 相对论速度变换公式 1 速度变换公式 设在高速的火车上 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 如果车上人的运动与火车的运动方向相反 则他相对于地面的速度u 2 结论 光速c是宇宙速度的 且相对任何参考系 光速都是 的 极限 不变 2 相对论质量 1 经典力学 物体的质量是 的 一定的力作用在物体上产生的加速度 足够长时间后物体可以达到 的速度 2 相对论 物体的质量随物体速度增大而 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 不变 一定 任意 增大 因为总有v c 可知运动物体的质量m总 它静止时的质量m0 3 质能方程物体质量m与其蕴含的能量e之间的关系是 大于 e mc2 二 广义相对论简介1 广义相对性原理在任何参考系中 物理规律都是 的 2 等效原理一个 的引力场与一个 的参考系等价 3 广义相对论的几个结论 1 物质的 使光线弯曲 2 引力场的存在使空间不同位置的 出现差别 引力场越强 时间 相同 均匀 做匀加速运动 引力 时间进程 越慢 核心要点突破 例如 回旋加速器中被加速的粒子的质量会随粒子的加速明显增加 导致粒子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 回旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制 答案 大于 二 对质能方程的理解质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系 一定的质量总是和一定的能量相对应 具体从以下几个方面理解 1 静止物体的能量为e0 m0c2 这种能量叫做物体的静质能 每个有静质量的物体都具有静质能 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 1905年 爱因斯坦创立了 相对论 提出了著名的质能方程 下面涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是 a 若物体能量增大 则它的质量增大b 若物体能量增大 则它的质量减小c 若核反应过程质量减小 则需吸收能量d 若核反应过程质量增大 则会放出能量 解析 选a 由e mc2 若e增大 则m增大 若e减小 则m减小 故a正确 b错 若m减小 则e减小 若m增大 则e增大 故c d错 三 广义相对论的几个结论1 光线在引力场中偏转 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 3 水星近日点的进动 天文观测显示 行星的轨道并不是严格闭合的 它们的近日点 或远日点 有进动 行星绕太阳一周后 椭圆轨道的长轴也随之有一点转动 叫做 进动 这个效应以离太阳最近的水星最为显著 这与牛顿力学理论的计算结果有较大的偏差 而爱因斯坦的广义相对论的计算结果与实验观察结果十分接近 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主要作用 课堂互动讲练 答案 见精讲精析 变式训练1一观察者测出电子质量为2m0 求电子速率是多少 m0为电子静止时的质量 答案 0 866c 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 思路点拨 电子被加速后的能量是电子的总能量 而不只是电子具有动能 满足公式e mc2 答案 2 28 10 27kg2505倍 方法总结 明确物体质能表达式e mc2的含义是解题的关键 如果物体静止 则e0 m0c2 如果此时物体还具有动能ek 则此时物体的能量为e e0 ek mc2 其中m为物体运动时的质量 变式训练2已知电子的静止能量为0 511mev 若电子的动能为0 25mev 则它所增加的质量 m与静止质量m0的比值近似为 a 0 1b 0 2c 0 5d 0 9 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 思路点拨 依据广义相对论中的引力场中的光线弯曲考虑 精讲精析 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 c 变式训练3以下说法中 错误的是 a 矮