《2018-2019高中物理 第十五章 相對論簡介 第3節(jié) 狹義相對論的其他結(jié)論 第4節(jié) 廣義相對論簡介課件 新人教版選修3-4.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第十五章 相對論簡介 第3節(jié) 狹義相對論的其他結(jié)論 第4節(jié) 廣義相對論簡介課件 新人教版選修3-4.ppt（31頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第十五章,相對論簡介,第三節(jié) 狹義相對論的其他結(jié)論 第四節(jié) 廣義相對論簡介,課 前 預(yù) 習(xí),1．經(jīng)典物理速度變換公式 設(shè)車對地的速度為v，人對車的速度為u′，車上人相對于地面的速度為u，經(jīng)典的時空觀：u＝_____________。 2．相對論的速度變換公式 (1)_____________ 如果車上人運(yùn)動方向與車運(yùn)動方向相同，u′取_________值，如果車上人運(yùn)動方向與車運(yùn)動方向相反，u′取_________值。 (2)結(jié)論：光速c是宇宙萬物速度的極限，且相對于任何參考系都是____的。,狹義相對論的其他結(jié)論,u′＋v,正,負(fù),不變,1．經(jīng)典力學(xué) 物體的質(zhì)量是_________的，一定的

2、力作用在物體上，產(chǎn)生的加速度也是_________的，足夠長的時間以后物體就可以達(dá)到______________速度。 2．相對論情況下 物體的質(zhì)量隨其速度的增大而增大。物體以速度v運(yùn)動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0的關(guān)系式為：___________________。 3．質(zhì)能方程 質(zhì)能方程：_____________。 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量m和它所具有的能量E之間的關(guān)系。,相對論質(zhì)量,不變,一定,任意大的,E＝mc2,1．超越狹義相對論的思考 愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題： (1)引力問題：萬有引力理論無法納入_______________的框架； (2)非慣性系問題：狹義相對

3、論只適用于______________。它們是促成廣義相對論的前提。 2．廣義相對性原理和等效原理 (1)廣義相對性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是_________的。 (2)等效原理：一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系________。,廣義相對論簡介,狹義相對論,慣性參考系,相同,等價(jià),3．廣義相對論的幾個結(jié)論 (1)光線經(jīng)過強(qiáng)引力場發(fā)生_________； (2)引力紅移：引力場的存在使得空間不同位置的_________進(jìn)程出現(xiàn)了差別。而使矮星表面原子發(fā)光頻率_________。,彎曲,時間,偏低,『判一判』 (1)物體的質(zhì)量發(fā)生變化時，能量一定發(fā)生變化。( ) (2)質(zhì)量是

4、物體的固有屬性，因此在任何情況下都不會發(fā)生改變。( ) (3)只有運(yùn)動物體才具有能量，靜止物體沒有能量。( ) (4)愛因斯坦質(zhì)能方程違反了質(zhì)量守恒定律。( ) (5)愛因斯坦在狹義相對論中就解決了非慣性系的問題和引力的問題。 ( ) (6)教材中相對論速度變換公式適用于一切運(yùn)動形式。( ),√,,,,,,『選一選』 如圖所示，雞蛋和乒乓球都靜止在地面上，關(guān)于二者所具有的能量關(guān)系，下列說法中正確的是( ) A．雞蛋大 B．乒乓球大 C．一樣大 D．無法進(jìn)行比較 解析：物體所具有的能量和其質(zhì)量有關(guān)，根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量越大，所具有的能量越大，所以雞蛋具有的能量大于乒乓球具有的能量。,,,A,『

5、想一想』 愛因斯坦提出狹義相對論后，為什么還要提出廣義相對論？ 答案：愛因斯坦提出狹義相對論后，遇到了狹義相對論無法解決的兩個問題：萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架；慣性參考系在狹義相對論中具有特殊的地位。為了解決這兩個問題，愛因斯坦又向前邁進(jìn)一大步，提出了廣義相對論。,課 內(nèi) 探 究,當(dāng)粒子回旋加速器把粒子加速到一定速度時，粒子在回旋加速器中就不能再加速了(即使回旋加速器足夠大)，試解釋其原因。,探究一 狹義相對論的其他結(jié)論,,提示：回旋加速器的工作原理是利用電子在磁場中運(yùn)動一個周期的時間跟所加電場的周期相同，而當(dāng)粒子的速度接近光速時，其質(zhì)量改變非常明顯，使粒子在磁場中運(yùn)動的周期改變，從

6、而和電場的周期不同步，進(jìn)入電場后不能達(dá)到加速的目的。,2．v?c時，近似地m＝m0。 3．微觀粒子的運(yùn)動速度很高，它的質(zhì)量明顯地大于光子質(zhì)量。例如回旋加速器中被加速的粒子質(zhì)量會變大，導(dǎo)致做圓周運(yùn)動的周期變大后，它的運(yùn)動與加在D形盒上的交變電壓不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制。,三、質(zhì)能方程 1．愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2。 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量的關(guān)系，即一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對應(yīng)。 2．對于一個以速率v運(yùn)動的物體，其總能量為動能與靜質(zhì)能之和，即E＝Ek＋E0，其中靜質(zhì)能E0＝m0c2。 愛因斯坦質(zhì)能方程為開創(chuàng)原子能時代提供了理論基礎(chǔ)。當(dāng)物體靜止時，它本身

7、蘊(yùn)含著一份很大的能量。如m0＝1kg，其靜止能量E0＝91016J。而我們通常所利用的物體的動能僅僅是mc2和m0c2之差，即Ek＝E－E0,特別提醒：(1)不能把質(zhì)量和能量混為一談，不能認(rèn)為質(zhì)量消失了，只剩下能量在轉(zhuǎn)化，更不能認(rèn)為質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)變。 (2)在一切過程中，質(zhì)量和能量是分別守恒的，只有在微觀粒子的裂變和聚變過程中，有質(zhì)量虧損的情況下，才會有質(zhì)能方程的應(yīng)用，即ΔE＝Δmc2。,解題指導(dǎo)：本題需要理解愛因斯坦質(zhì)能方程，并用它解決實(shí)際問題。,答案：4.81026 W 1.71018 kg,〔對點(diǎn)訓(xùn)練1〕 設(shè)想有一艘飛船以v＝0.8c的速度在地球上空飛行，如果這時從飛船上沿其運(yùn)動方

8、向拋出一物體，該物體相對于飛船的速度為0.9c，從地面上的人看來，物體的速度為( ) A．1.7c B．0.1c C．0.99c D．無法確定,C,北京時間2010年11月16日凌晨1時30分，美國國家航空航天局(NASA)宣布該局發(fā)射的“錢德拉”X射線太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個黑洞。你知道“黑洞”是如何形成的嗎？ 提示：黑洞是質(zhì)量非常大的天體，引起了周圍的時空彎曲，以致于光也不能從黑洞中射出，從而形成了黑洞。,探究二 廣義相對論的幾個結(jié)論,1．光線在引力場中彎曲 根據(jù)廣義相對論，物質(zhì)的引力會使光線彎曲，引力場越強(qiáng)，彎曲越厲害。通常物體的引力場都太弱，但太陽引力場卻能引起光線比較明顯的彎曲。,2

9、．引力紅移 按照廣義相對論，引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別。例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢，因此光振動會變慢，相應(yīng)的光的波長變長、頻率變小，光譜線會發(fā)生向紅光一端移動的現(xiàn)象。光譜線的這種移動是在引力作用下發(fā)生的，所以叫“引力紅移”。 廣義相對論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測所證實(shí)。還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對論。目前，廣義相對論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮了重要作用。,在適當(dāng)?shù)臅r候，通過儀器可以觀察到太陽后面的恒星，這說明星體發(fā)出的光( ) A．經(jīng)太陽時發(fā)生了衍射 B．可以穿透太陽及其他障礙物 C．在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲 D．經(jīng)過太陽外的大氣層時發(fā)生了折

10、射,C,解題指導(dǎo)：光線在引力場中發(fā)生彎曲。 解析：根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論可知，光線在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r候(如日全食時)通過儀器觀察到太陽后面的恒星，故C正確，A、B、D均錯。,〔對點(diǎn)訓(xùn)練2〕 如果你以接近于光速的速度朝一星體飛行(如圖)，你是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺自己是在運(yùn)動( ) A．你的質(zhì)量在增加 B．你的心臟跳動在慢下來 C．你在變小 D．你永遠(yuǎn)不能由自身的變化知道你的速度 解析：根據(jù)廣義相對論的幾個結(jié)論，可知選項(xiàng)D正確。,D,素 養(yǎng) 提 升,(多選)關(guān)于E＝mc2，下列說法中正確的是( ) A．質(zhì)量為m的物體，就儲存有mc2的能量 B．質(zhì)量為m的物體，對應(yīng)著mc2的動能 C．如果物體質(zhì)量減少Δm，就將該質(zhì)量轉(zhuǎn)化為Δmc2的能量 D．如果物體質(zhì)量減少Δm，就將產(chǎn)生Δmc2的能量 易錯分析：根據(jù)E＝mc2得出結(jié)論認(rèn)為“質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量”。這是對相對論的曲解。 解析：愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系說明了質(zhì)量和能量的對應(yīng)關(guān)系和守恒關(guān)系，但不是能量和質(zhì)量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，一個質(zhì)量為m的物體，一定具有mc2的能量，選項(xiàng)A、D正確。,AD,