人教版狭义相对论的其他结论广义相对论简介 市赛获奖

第三节狭义相对论的其他结论第四节广义相对论简介第十五章相对论简介学习目标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．第十五章相对论简介一、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＝_______，如果车上人的运动方向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＝______________，因为总有v<c.可知物体运动时的质量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：_________.不变一定任意增大大于E＝mc2[判一判]

1.(1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质能．(

)(2)一定的质量总是和一定的能量相对应．(

)(3)E＝mc2中能量E其实就是物体的内能．(

)提示：(1)×

(2)√

(3)×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，时间越_____．相同均匀做匀加速运动引力时间进程慢[想一想]

2.爱因斯坦提出狭义相对论后，为什么还要提出广义相对论？提示：爱因斯坦提出狭义相对论后，遇到了狭义相对论无法解决的两个问题：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架；惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位.为了解决这两个问题，爱因斯坦又向前迈进了一大步，提出了广义相对论.对相对论速度变换公式的理解3．如果u′和v的方向垂直或成其他任意角度，公式不成立，只适用于一条直线上．地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108m/s从他身边飞过，另一飞船以速度2.0×108m/s与A反向飞行．求：(1)A上的乘客看到B的速度是多大？(2)B上的乘客看到A的速度是多大？[思路探究]

取A飞行的方向为正时，A上的乘客看到地面的速度为正还是负？B相对地面的速度为正还是负？[答案]

(1)2.9×108m/s

(2)2.9×108m/s规律总结必须把相对论速度变换公式中涉及的三个速度的对应关系找清楚．对质速关系式的理解3．微观粒子的速度很高，因此粒子运动的质量明显大于静质量．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．(1)人造卫星以第一宇宙速度(约8km/s)运动，其运动时的质量是静质量的多少倍？(2)星际火箭以0.8c的速度飞行，其运动时的质量为静止时的多少倍？[思路探究]

当物体高速运动时，物体的速度增大，物体的质量怎样变化？借题发挥随着速度的增大物体的质量变大，在v≪c时，可以认为质量是不变的，但v接近光速时m的变化是一定要考虑的．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.对质能方程的理解4．如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化ΔE＝Δmc2，这个方程常应用在核能的开发和利用上．如果系统的质量亏损为Δm，就意味着有ΔE的能量释放．现在有一个静止的电子，被电压为107V的电场加速后，质量增大了多少？其质量为多少？(m0＝9.1×10－31kg，c＝3×108m/s)[思路探究]

(1)静止电子被加速后的动能如何求解？(2)根据质能方程，增加的能量对应的增加的质量多大？[答案]

1.78×10－29kg

1.871×10－29kg1．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”．广义相对论的几个结论下列说法中正确的是(

)A．物体的引力使光线弯曲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[解析]根据广义相对论知，光线弯曲是引力的作用，故A正确B错误；强引力使时间进程变慢，光振动的周期变大，频率变小，波长变长，光谱线出现红移现象，故C、D正确．ACD易错辨析——光线在引力场中的弯曲[范例]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C[错因分析]

太阳后面的恒星发出的光能够在适当的时候接收到，很容易把这种现象错误地理解成光线经太阳大气发生了光的折射而错选D；或者错误地认为光发生了衍射或穿透了太阳这一障碍物而错选A和B.[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