高二物理人教选修34课件15.2狭义相对论的其他结论广义相对论简介1

1、第十五章,相对论简介,目标定位 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2讲狭义相对论的其他结论广义相对论简介,一、狭义相对论的其他结论 1.相对论速度变换公式 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为 u 如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则u取 值.,负,2.相对论质量 (1)按照牛顿力学，物体的质量是 的. (2)物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m . 3.质能方程 E .m是物体的质量，E是它具有

2、的能量.,不变,mc2,二、广义相对论简介 1.狭义相对论无法解决的问题 (1) 无法纳入狭义相对论的框架. (2) 在狭义相对论中具有特殊的地位.,万有引力理论,惯性参考系,2.广义相对性原理和等效原理 (1)广义相对性原理：在 参考系中，物理规律都是相同的. (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做 运动的参考系等价.,任何,匀加速,3.广义相对论的几个结论 (1)物质的引力使光线 . (2)引力位移：引力场的存在使空间不同位置的 出现差别，而使矮星表面原子发光频率 .,弯曲,时间进程,偏低,一、对相对论速度变换公式的理解 设参考系相对地面的运动速度为v，参考系中的物体以速度u沿参考系运动

3、的方向相对参考系运动，那么物体相对地面的速度u .,1.当物体运动方向与参考系相对地面的运动方向相反时，公式中的u取负值. 2.若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用. 3.由公式可知：u一定比uv小，但当u和v都比c小得多时，可认为uuv，这就是低速下的近似，即经典力学中的速度叠加. 4.当uvc时，uc，证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理.,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v0.05c，u0.8c. 由相对论速度叠加公

4、式得,答案0.817c,二、对相对论质量和质能方程的理解 1.相对论质量 物体的质量会随物体的速度的增大而增大，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m .,(1)vc时，( )20此时有mm0，也就是说：低速运动的物体，可认为其质量与物体的运动状态无关. (2)物体的运动速率无限接近光速时，其相对论质量也将无限增大，其惯性也将无限增大.其运动状态的改变也就越难，所以超光速是不可能的.,2.质能关系 (1)相对于一个惯性参考系，以速度v运动的物体其具有的相对论能量 其中E0m0c2为物体相对于参考系静止时的能量.,(2)在相对论下，运动物体的动能Ekmc2m0c2. (3)物体

5、的能量变化E与质量变化m的对应关系为Emc2.,例2 为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度() A.6.0108 m/s B.3.0108 m/s C.2.6108 m/s D.1.5108 m/s,C,例3 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,解析由Emc2可知，若E增大，则m增大；若E减小，则m减小，A正确，B错误； 若m减小，则E减小，若m增大，则E增大

6、，C、D均错误. 答案A,三、对广义相对论的理解 1.广义相对性原理与狭义相对性原理并不相同.狭义相对性原理仅适用于惯性系，而广义相对性原理适用于一切参考系. 2.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. 3.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.,例4 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,解析从广义相对论的两个基本假设可以得出：物质的引力使光线弯曲；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，如在

7、矮星表面的引力很强，那里的时间进程变慢，从而导致引力红移，所以正确的选项为A、C、D. 答案ACD,相对论速度变换公式 1.一高能加速器沿相反方向射出两个粒子，速度均为0.6c，则它们的相对速度是多少？ 解析以其中任意一个粒子为运动参考系，要求的就是另一个粒子在该运动参考系下的运动速度u.由题意知，运动参考系相对静止参考系的速度v0.6c，另一粒子相对于静止参考系的速度u0.6c.,可解得u0.88c，即该粒子相对于运动参考系的速度大小为0.88c. 答案0.88c,相对论质量 2.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

8、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,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. 答案ACD,质能方程 3.一电子(m09.11031 kg)以0.99c的速率运动.问： (1)电子的总能量是多大？ 解析电子的总能量为：,答案5.81013 J,(2)电子的经典力学的动能与相对论的动能之比是多大？ 解析电子的经典力学动能为：,相对论的动能为：EkEE0mc2m0c2,答案0.08,广义相对论 4.下列说法中正确的是() A.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 B.在不同的参考系中，