《2018物理人教选修3-4课件：第十五章 相对论简介3~4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018物理人教选修3-4课件：第十五章 相对论简介3~4（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十五章,3狭义相对论的其他结论 4广义相对论简介,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结论以及主要观测证据.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、相对论速度变换公式,一列火车正以v50 m/s的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u5 m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是多大？若列车的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站台上的观察者测得该乘客的速度是0.9c0.5c1.4c吗？为什么？,答案,答案站台上的观察者测得该乘客的速度是55 m/s.不是.因为根据狭义相
2、对论原理，光速c是极限速度，任何物体的速度不可能超过光速.,相对论速度变换公式及理解 1.相对论速度变换公式：高速行驶的火车相对地面的速度为v，车上的人以速度u沿火车前进的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度为 u ； 2.对公式的理解： (1)若车上人的运动方向与火车的运动方向相同，则u取 值，若车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则u取 .,正,负值,(2)如果vc，uc时， 可忽略不计，这时相对论的速度变换公式可近似为. (3)若uc，则uc，表明一切物体的速度都不能超过光速. (4)该变换公式只适用于同一直线上匀速运动速度的变换，对于更复杂的情况不适用.,uuv,判断下列说法的正误
3、. (1)根据相对论速度变换公式，两个物体的速度无论多大，它们的相对速度也不会大于光速c.( ) (2)一个物体相对地球的速度不大于光速c，但相对另一个速度很大的运动物体的速度可能大于光速c.( ),(3)在牛顿力学中，同向运动的甲、乙两物体，若甲对地速度大小为v1，乙对甲的速度大小为v2，则乙对地的速度大小可能为v1v2.( ) (4)根据相对论速度变换公式，反方向运动的甲和乙对地速度大小分别为v1和v2，甲相对乙的速度大小一定比v1v2小.( ),二、相对论质量和质能方程,回旋加速器中磁场一次次把粒子拉到狭缝处，狭缝处的电场一次次加速带电粒子.假如回旋加速器的半径可以增大到很大，磁感应强度
4、足够大，经回旋加速器加速的粒子的速度可以达到任意速度甚至超过光速吗？为什么？,答案,答案速度不可以很大且不会超过光速. 因为回旋加速器的理论基础是粒子在磁场中做圆周运动的周期(T )等于交变电场的周期；速度较小时粒子的质量m可以认为不变，周期T不变，电场变化与粒子圆周运动同步，但速度较大时，质量增大明显，粒子做圆周运动的周期T变大，无法做到圆周运动的周期与交变电场的周期同步.,相对论质量和质能方程 1.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，经过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的 而 .物体以速度v运动时 的质量m
5、与静止时的质量m0之间的关系是：m .,不变,一定,任意,增加,增大,因为总有vc，所以运动物体的质量m 它静止时的质量m0，但当vc时，mm0，所以低速运动的物体，可认为其质量与运动速度无关. 微观粒子的速度很大，因此粒子质量明显大于静止质量. 2.质能方程 ，式中m是 ，E是 .如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化Emc2，如果系统的质量亏损为m，就意味着有E的能量释放.,总要大于,Emc2,物体的质量,它具有的能量,判断下列说法的正误. (1)在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的.( ) (2)在相对论力学中，物体静止时的质量最小.( ) (3)根据质能方程，质量可以转化能量，能量可
6、以转化为质量.( ) (4)根据质能方程，一定的质量总是和一定的能量相对应.( ) (5)Emc2中能量E其实就是物体的内能.( ),三、广义相对论简介,1.假设宇宙飞船是全封闭的，正在远离任何天体的空间加速飞行，航天员与外界没有任何联系，但他观察到，飞船内没有支撑的物体相对飞船会怎样运动？,答案,答案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加速上升的过程中？,答案不能.,广义相对论的基本原理及几个结论 1.广义相对论的基本原理 (1)广义相对性原理：在 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
7、做 的参考系等价. 2.广义相对论的几个结论 (1)光线在引力场中弯曲：物质的引力会使光线 ，引力场越强，弯曲越 .,任何参考系,匀加速运动,弯曲,厉害,(2)引力红移：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 ，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 一端移动的现象.,变慢,红光,判断下列说法的正误. (1)一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理.( ) (2)根据广义相对论原理，力学规律在不同参考系中是不同的.( ) (3)根据广义相对论原理，由于物质的存在，实际的空间是弯曲的.( ) (4)强
8、引力作用可使光谱线向红端偏移.( ) (5)由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星.( ) (6)在引力场弱的地方时钟走得比引力场强的地方快些.( ),题型探究,一、相对论速度变换公式,应用相对论速度变换公式时注意 (1)明确公式u中各物理量的含义，v表示乙参考系相对于甲参 考系的速度，u表示物体相对于乙参考系的速度，u 表示物体相对于甲参考系的速度. (2)注意公式中速度是矢量，在公式中代入数值时要正确选择v和u的正负，一般选取v的方向为正值，当u与v同向时为正，反向时为负.,例1一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动.此粒子衰变时发射出一个电子，电子相对于粒子的速度为0.
9、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,答案,答案 0.817c,解析已知v0.05c，u0.8c. 由相对论速度变换公式得,质能方程的两点注意 (1)质能方程没有“质能转化”的含义，质能方程只反映质量和能量在量值上的关系，二者不能相互转化.对一个封闭系统而言，质量是守恒的，能量也是守恒的. (2)在物质反应和转化过程中，物质的存在形式发生变化，能量的形式也发生变化，但质量并没有转化为能量.质量和能量都表示物质的性质，质量描述惯性，能量描述系统的状态.,二、相对论质量和质能方程,例2 (1)冥王星绕太阳公转的线速率为4.83103 m/s，求其静止质量为
10、运动质量的百分之几.,解析,答案,答案 99.999 9%,解析设冥王星的静止质量为m0，运动质量为m，,(2)星际火箭以0.8c的速率飞行，其静止质量为运动质量的多少？,解析,答案,答案 0.6,解析设星际火箭的静止质量为m0，运动质量为m，,例3现在有一个静止的电子，被电压为107 V的电场加速后，质量增大了多少？其质量为多少？(m09.11031 kg，c3108 m/s),解析,答案,答案1.781029 kg1.8711029 kg,解析由动能定理，加速后电子增加的动能为： EkeU1.61019107 J1.61012 J 由Ekmc2得电子增加的质量为：,此时电子的质量为：mm0
11、m (9.110311.781029) kg 1.8711029 kg.,三、广义相对论的几个结论,解析,答案,例4在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明恒星发出的光 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.,达标检测,1.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 A.
12、uuv B.uuv D.以上均不正确,答案,1,2,3,4,解析由相对论速度变换公式可知B正确.,解析,2.(多选)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.宇航员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的 D.宇航员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的,1,2,3,4,答案,答案,解析,1,2,3,4,3.爱因斯坦提出了质能方程，揭示了质量与能量的关系.关于质能方程，下列说法正确的是 A.质量和能量可以相互转化 B.当物体向外释
13、放能量时，其质量必定减小，且减小的质量m与释放的 能量E满足Emc2 C.如果物体的能量增加了E，那么它的质量相应减小m，并且E mc2 D.mc2是物体能够放出能量的总和,1,2,3,4,解析由质能方程可知，质量和能量之间存在一定的对应关系，而不能认为质量就是能量，能量就是质量，能量和质量是两个不同的概念，只有在核反应过程中，质量的减少对应着能量的释放，故B正确.,4.已知电子的静止能量为0.511 MeV，若电子的动能为0.25 MeV时，它所增加的质量m与静止质量m0的比值近似为 A.0.1 B.0.2 C.0.5 D.0.9,答案,1,2,3,4,解析,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Emc2,1,2,3,4,
