高中物理 第十五章 相對論簡介 15.3 狹義相對論的其他結論 15.4 廣義相對論簡介課件 新人教版選修34

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1、狹義相對論的其他結論 廣義相對論簡介1.知道相對論的速度變換公式及相對論質(zhì)量。2.知道相對論質(zhì)能關系。3.初步了解廣義相對論的幾個主要觀點以及主要觀測證據(jù)。4.關注宇宙學的新進展。121.狹義相對論的其他結論(1)相對論速度變換公式。設車對地的速度為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=u+v。如果車上人運動方向與車運動方向相同,u取正值,如果車上人運動方向與車運動方向相反,u取負值。結論:光速c是宇宙萬物速度的極限,且相對于任何參考系都是不變的。注意:它只適用于沿同一直線運動物體速度的疊加。12(2)相對論質(zhì)量。經(jīng)典力學:物體的質(zhì)量是不變的,一定的力作用在物體上

2、,產(chǎn)生的加速度也是一定的,足夠長的時間以后物體就可以達到任意的速度。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(3)質(zhì)能方程。質(zhì)能方程:E=mc2。質(zhì)能方程表達了物體的質(zhì)量m和它所具有的能量E之間的關系。122.廣義相對論簡介(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:引力問題,萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架。非慣性系問題,狹義相對論只適用于慣性系。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。廣義相對性原理:在任何參考系中,物理規(guī)律都是相同的。等效原理:一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。12(3)廣義相對論的幾個結論。物質(zhì)

3、的引力使光線彎曲:如1919年5月29日,發(fā)生日全食期間,科學家成功地觀測到了太陽背后恒星發(fā)出的光線經(jīng)過太陽附近發(fā)生彎曲的現(xiàn)象,并拍得了太陽背后恒星的照片。引力紅移:引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)了差別。例如:矮星表面的引力很強,按照廣義相對論,那里的時間進程比較慢,那里原子發(fā)光的頻率比同種原子在地球上發(fā)光的頻率低,看起來偏紅,這個現(xiàn)象叫作引力紅移。一二三一二三3.如果u和v的方向垂直或成其他任意角度,公式不成立,即相對論速度變換公式只適用于u和v方向在一條直線上的情況。4.若u=v=c,則u=c,從而證明了光速是速度的極限,也證明了光速不變原理。特別警示對于微觀、高速運動的物體,

4、其速度的疊加不再按照宏觀運動規(guī)律,而是遵守相對論速度變換公式。一二三二、相對論質(zhì)量理解這個公式時請注意:1.式中m0是物體靜止時的質(zhì)量(也稱為靜質(zhì)量),m是物體以速度v運動時的質(zhì)量。這個關系式稱為相對論質(zhì)速關系,它表明物體的質(zhì)量會隨速度的增大而增大。2.vc時,近似地m=m0。3.微觀粒子的運動速度很大,它的質(zhì)量明顯地大于靜止質(zhì)量。例如回旋加速器中被加速的粒子質(zhì)量會變大,導致做圓周運動的周期變大后,它的運動與加在D形盒上的交流電壓不再同步,回旋加速器的加速能力因此受到了限制。一二三三、對質(zhì)能方程的理解質(zhì)能方程表達了物體的質(zhì)量與它具有的能量的關系,一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對應,具體有下列說明

5、:1.運動物體的動能:Ek=E-E0,Ek是物體的動能,E=mc2是物體運動時的能量,E0=m0c2是物體靜止時的能量。在v c時, 這就是我們過去熟悉的動能表達式,這也能讓我們看出,牛頓力學是相對論力學在低速情況下的特例。推導如下:Ek=E-E0=mc2-m0c2一二三2.如果質(zhì)量發(fā)生了變化,其能量也相應發(fā)生變化:E=mc2,這個方程應用在核能的開發(fā)和利用上。如果系統(tǒng)的質(zhì)量虧損為m,就意味著有E的能量釋放。 類型一類型二類型三相對論速度變換公式的應用 【例1】 地球上一觀察者,看見一飛船A以速度2.5108 m/s從他身邊飛過,另一飛船B以速度2.0108 m/s跟隨A飛行。求:(1)A上的

6、乘客看到B的速度;(2)B上的乘客看到A的速度。解析：(1)A上的乘客看到地面的速度為u=-2.5108 m/s,B相對于地面的速度為v=2.0108 m/s則A上的乘客看B的速度為類型一類型二類型三(2)同理B看A的速度為1.125108 m/s。答案：(1)-1.125108 m/s(2)1.125108 m/s題后反思必須把公式中涉及的三個速度的對應關系找清楚。類型一類型二類型三動態(tài)質(zhì)量問題 【例2】 星際火箭以0.8c的速度飛行,其運動時的質(zhì)量為靜止時的多少倍? 題后反思在vc時,可以認為質(zhì)量是不變的,但v接近光速時m的變化是一定要考慮的。類型一類型二類型三質(zhì)能方程問題 【例3】 一個原來靜止的電子,經(jīng)過100 V的電壓加速后它的動能是多少?質(zhì)量改變了百分之幾?速度是多少?此時還能否使用經(jīng)典的動能公式?(m0=9.110-31 kg)類型一類型二類型三答案：1.610-17J0.02%5.9106 m/s可以使用經(jīng)典動能公式 題后反思如果質(zhì)量發(fā)生明顯變化,經(jīng)典動能公式就不成立了。如果質(zhì)量變化可忽略,則仍可以使用經(jīng)典動能公式。