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) 廣義相對簡介課件 新人教版選修34

第第十十五五章章第第3、4節(jié)節(jié)新知預(yù)新知預(yù)習(xí)習(xí)巧設(shè)計巧設(shè)計名師課名師課堂堂一點通一點通創(chuàng)新演創(chuàng)新演練練大沖關(guān)大沖關(guān) 隨堂檢測隨堂檢測歸納小結(jié)歸納小結(jié) 課下作業(yè)課下作業(yè)綜合提升綜合提升 要點一要點一要點二要點二1知道經(jīng)典的相對性原理，知道狹義相知道經(jīng)典的相對性原理，知道狹義相 對論的實驗基礎(chǔ)和它的兩個基本假設(shè)。對論的實驗基礎(chǔ)和它的兩個基本假設(shè)。2知道狹義相對論的幾個主要結(jié)論。知道狹義相對論的幾個主要結(jié)論。3了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主了解經(jīng)典時空觀與相對論時空觀的主 要區(qū)別，體會相對論的建立對人類認(rèn)要區(qū)別，體會相對論的建立對人類認(rèn) 識世界的影響。識世界的影響。 如果車上人運動方向與車運動方向相同，如果車上人運動方向與車運動方向相同，u取取 值，如值，如果車上人運動方向與車運動方向相反，果車上人運動方向與車運動方向相反，u取取 值。值。如果如果u和和v的方向垂直或成其他任意角度，公式不成立，只適的方向垂直或成其他任意角度，公式不成立，只適用于兩者方向在用于兩者方向在 上。上。 (2)相對論質(zhì)量：相對論質(zhì)量： 經(jīng)典力學(xué)：物體的質(zhì)量是經(jīng)典力學(xué)：物體的質(zhì)量是 的，一定的力作用在物的，一定的力作用在物體上，產(chǎn)生的加速度也是體上，產(chǎn)生的加速度也是 的，足夠長的時間以后物體就的，足夠長的時間以后物體就可以達(dá)到可以達(dá)到 速度。速度。 正正負(fù)負(fù)一條直線一條直線不變不變不變不變?nèi)我馊我庠龃笤龃驟mc2 2廣義相對論簡介廣義相對論簡介 (1)狹義相對論無法解決的問題：狹義相對論無法解決的問題： 理論無法納入狹義相對論框架。理論無法納入狹義相對論框架。 參考系在狹義相對論中具有特殊的地位。參考系在狹義相對論中具有特殊的地位。 (2)廣義相對論的基本原理：廣義相對論的基本原理： 廣義相對性原理：在廣義相對性原理：在 中，物理規(guī)律都是相同的。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等效原理：一個均勻的引力場與一個做 的參考系的參考系等價。等價。 (3)廣義相對論的幾個結(jié)論：廣義相對論的幾個結(jié)論： 光線在光線在 場中偏轉(zhuǎn)。場中偏轉(zhuǎn)。 引力場的存在使得空間不同位置的引力場的存在使得空間不同位置的 出現(xiàn)偏差出現(xiàn)偏差(引力引力紅移紅移)。萬有引力萬有引力慣性慣性任何參考系任何參考系勻加速運動勻加速運動引力引力時間進(jìn)程時間進(jìn)程1如果宇航員駕駛一艘飛船以接近于光速的速度朝一星體如果宇航員駕駛一艘飛船以接近于光速的速度朝一星體 飛行，宇航員是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺自己在運動飛行，宇航員是否可以根據(jù)下述變化發(fā)覺自己在運動()A他的質(zhì)量在減少他的質(zhì)量在減少B他的心臟跳動在慢下來他的心臟跳動在慢下來C他永遠(yuǎn)不能由自身的變化知道自己是否在運動他永遠(yuǎn)不能由自身的變化知道自己是否在運動D他在變大他在變大解析：解析：宇航員以飛船為慣性系，其相對于慣性系的速度始宇航員以飛船為慣性系，其相對于慣性系的速度始終為零，因此他不可能發(fā)現(xiàn)自身的變化，所以選項終為零，因此他不可能發(fā)現(xiàn)自身的變化，所以選項A、B、D錯誤，選項錯誤，選項C正確。正確。答案：答案：C2下列說法中正確的是下列說法中正確的是 ()A在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義 相對性原理相對性原理B在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓 運動定律僅適用于慣性參考系運動定律僅適用于慣性參考系C一個均勻的引力場與一個做勻速運動的參考系等價，一個均勻的引力場與一個做勻速運動的參考系等價， 這就是著名的等效原理這就是著名的等效原理D一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價，一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價， 這就是著名的等效原理這就是著名的等效原理解析：解析：由廣義相對性原理和等效原理的內(nèi)容知由廣義相對性原理和等效原理的內(nèi)容知A、D正確。正確。答案：答案：AD3根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系方程，可以說明根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系方程，可以說明 ()A任何核反應(yīng)，只要伴隨能量的產(chǎn)生，則反應(yīng)前后任何核反應(yīng)，只要伴隨能量的產(chǎn)生，則反應(yīng)前后 各物質(zhì)的質(zhì)量和一定不相等各物質(zhì)的質(zhì)量和一定不相等B太陽不斷地向外輻射能量，因而太陽的總質(zhì)量一太陽不斷地向外輻射能量，因而太陽的總質(zhì)量一 定在不斷地減小定在不斷地減小C雖然太陽不斷地向外輻射能量，但它的總質(zhì)量是雖然太陽不斷地向外輻射能量，但它的總質(zhì)量是 不可改變的不可改變的D若地球從太陽獲得的能量大于地球向外輻射的能若地球從太陽獲得的能量大于地球向外輻射的能 量，則地球的質(zhì)量將不斷增大量，則地球的質(zhì)量將不斷增大解析：解析：根據(jù)根據(jù)Emc2，當(dāng)能量變化時，參加核反應(yīng)的物質(zhì)，當(dāng)能量變化時，參加核反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化，故的質(zhì)量發(fā)生變化，故A正確；太陽在發(fā)生聚變，釋放出正確；太陽在發(fā)生聚變，釋放出大量能量，質(zhì)量減小，故大量能量，質(zhì)量減小，故B正確，正確，C錯誤。由于地球向外錯誤。由于地球向外輻射的能量小于從外界獲得的能量，所以地球的質(zhì)量將輻射的能量小于從外界獲得的能量，所以地球的質(zhì)量將不斷增大。不斷增大。答案：答案：ABD答案：答案：不是不是vc 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量的質(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：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對應(yīng)。具體從以關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對應(yīng)。具體從以下幾個方面理解：下幾個方面理解： (1)靜止物體的能量為靜止物體的能量為E0m0c2，這種能量叫做物體，這種能量叫做物體的靜質(zhì)能。每個有靜質(zhì)量的物體都具有靜質(zhì)能。的靜質(zhì)能。每個有靜質(zhì)量的物體都具有靜質(zhì)能。 (3)物體的總能量物體的總能量E為動能與靜質(zhì)能之和，即為動能與靜質(zhì)能之和，即EEkE0mc2(m為動質(zhì)量為動質(zhì)量)。 (4)由質(zhì)能關(guān)系式可知由質(zhì)能關(guān)系式可知Emc2。 名師點睛名師點睛物體的動能增加時，物體對應(yīng)的質(zhì)量也物體的動能增加時，物體對應(yīng)的質(zhì)量也增大，此時可以根據(jù)增大，此時可以根據(jù)m 求出物體增加的質(zhì)量。求出物體增加的質(zhì)量。 1一個原來靜止的電子，經(jīng)過一個原來靜止的電子，經(jīng)過100 V的電壓加速后它的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？否使用經(jīng)典的動能公式？(m09.11031 kg) 審題指導(dǎo)審題指導(dǎo)解答本題時應(yīng)注意以下兩點：解答本題時應(yīng)注意以下兩點： (1)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)量發(fā)生明顯變化，經(jīng)典動能公式就不成立了。 (2)如果質(zhì)量變化可忽略，則仍可使用經(jīng)典動能公式。如果質(zhì)量變化可忽略，則仍可使用經(jīng)典動能公式。 上述計算表明，加速后的電子還屬于低速的，可上述計算表明，加速后的電子還屬于低速的，可以使用經(jīng)典的動能公式。以使用經(jīng)典的動能公式。 答案答案1.61017 J0.02%5.9106 m/s可以可以使用經(jīng)典動能公式使用經(jīng)典動能公式 1光線在引力場中彎曲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，彎曲越厲害。通常物體的引力場都太弱，但太陽引力場強，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。卻能引起光線比較明顯的彎曲。 2引力紅移引力紅移 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，在強引力的星球附近，時間進(jìn)程會間進(jìn)程出現(xiàn)差別。例如，在強引力的星球附近，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，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，所以叫在引力作用下發(fā)生的，所以叫“引力紅移引力紅移”。 3水星近日點的進(jìn)動水星近日點的進(jìn)動 天文觀測顯示，行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的，它們的天文觀測顯示，行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的，它們的近日點近日點(或遠(yuǎn)日點或遠(yuǎn)日點)有進(jìn)動有進(jìn)動(行星繞太陽一周后，橢圓軌道的長行星繞太陽一周后，橢圓軌道的長軸也隨之有一點轉(zhuǎn)動，叫做軸也隨之有一點轉(zhuǎn)動，叫做“進(jìn)動進(jìn)動”)，這個效應(yīng)以離太陽最，這個效應(yīng)以離太陽最近的水星最為顯著，這與牛頓力學(xué)理論的計算結(jié)果有較大的近的水星最為顯著，這與牛頓力學(xué)理論的計算結(jié)果有較大的偏差，而愛因斯坦的廣義相對論的計算結(jié)果與實驗觀察結(jié)果偏差，而愛因斯坦的廣義相對論的計算結(jié)果與實驗觀察結(jié)果十分接近。十分接近。 廣義相對論所作出的以上預(yù)言全都被實驗觀測所證實。廣義相對論所作出的以上預(yù)言全都被實驗觀測所證實。還有其他一些事實也支持廣義相對論。目前，廣義相對論已還有其他一些事實也支持廣義相對論。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)揮了主要作用。經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮了主要作用。 名師點睛名師點睛(1)光線在引力場中彎曲，以及引力紅移現(xiàn)光線在引力場中彎曲，以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場很強的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)。象都是在引力場很強的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)。 (2)光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象在我們的光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象在我們的日常生活中仍然成立。日常生活中仍然成立。 2在適當(dāng)?shù)臅r候，通過儀器可以觀察到太陽后面的在適當(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)出的光恒星，這說明星體發(fā)出的光 () A經(jīng)太陽時發(fā)生了衍射經(jīng)太陽時發(fā)生了衍射 B可以穿透太陽及其他障礙物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)生了折射經(jīng)過太陽外的大氣層時發(fā)生了折射 審題指導(dǎo)審題指導(dǎo)光線在引力場中可以發(fā)生彎曲。光線在引力場中可以發(fā)生彎曲。 解析解析根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論可知，光線在太根據(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(如如日全食時日全食時)通過儀器觀察到太陽后面的恒星，故通過儀器觀察到太陽后面的恒星，故C正確，正確，A、B、D均錯。均錯。 答案答案C