高中物理 第15章 第四節(jié) 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介課件 新人教版選修34

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1、第三節(jié)狹義相對(duì)論的其他結(jié)論第三節(jié)狹義相對(duì)論的其他結(jié)論第四節(jié)廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介第四節(jié)廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練課標(biāo)定位課標(biāo)定位知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練第第四四節(jié)節(jié)廣廣義義相相對(duì)對(duì)論論簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介課標(biāo)定位課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道相對(duì)論速度變換公式，相對(duì)論知道相對(duì)論速度變換公式，相對(duì)論質(zhì)量和質(zhì)能方程質(zhì)量和質(zhì)能方程2了解廣義相對(duì)論的基本原理了解廣義相對(duì)論的基本原理3初步了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要初步了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要觀測(cè)證據(jù)觀測(cè)證據(jù)重點(diǎn)難點(diǎn)：狹義相對(duì)論的幾個(gè)其他結(jié)論和質(zhì)能關(guān)重點(diǎn)難點(diǎn)：狹義相對(duì)論的幾個(gè)其他結(jié)論和質(zhì)

2、能關(guān)系系課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、狹義相對(duì)論的其他結(jié)論一、狹義相對(duì)論的其他結(jié)論1.相對(duì)論速度變換公式相對(duì)論速度變換公式(1)速度變換公式速度變換公式:設(shè)在高速的火車上設(shè)在高速的火車上,火車對(duì)地面的火車對(duì)地面的速度為速度為v,車上的人以速度車上的人以速度u沿火車前進(jìn)的方向相沿火車前進(jìn)的方向相對(duì)火車運(yùn)動(dòng)對(duì)火車運(yùn)動(dòng),那么他相對(duì)地面的速度那么他相對(duì)地面的速度u_,如果車上人的運(yùn)動(dòng)與火車的運(yùn)動(dòng)方如果車上人的運(yùn)動(dòng)與火車的運(yùn)動(dòng)方向相反，則他相對(duì)于地面的速度向相反，則他相對(duì)于地面的速度u_.(2)結(jié)論結(jié)論:光速光速c是宇宙速度的是宇宙速度的_,且相對(duì)任何參考且相對(duì)任何參考系系,光速都是光速都是_的的.極限極

3、限不變不變2相對(duì)論質(zhì)量相對(duì)論質(zhì)量(1)經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué):物體的質(zhì)量是物體的質(zhì)量是_的的,一定的力作用一定的力作用在物體上產(chǎn)生的加速度在物體上產(chǎn)生的加速度_,足夠長(zhǎng)時(shí)間后物體可足夠長(zhǎng)時(shí)間后物體可以達(dá)到以達(dá)到_的速度的速度.(2)相對(duì)論相對(duì)論:物體的質(zhì)量隨物體速度增大而物體的質(zhì)量隨物體速度增大而_.物體以速度物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與與靜止時(shí)的質(zhì)量靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系是之間的關(guān)系是:m_,不變不變一定一定任意任意增大增大因?yàn)榭傆幸驗(yàn)榭傆衯c.可知運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量可知運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量m總總_它靜它靜止時(shí)的質(zhì)量止時(shí)的質(zhì)量m0.3質(zhì)能方程質(zhì)能方程物體質(zhì)量物體質(zhì)量m與其蘊(yùn)含的能量與其蘊(yùn)含的

4、能量E之間的關(guān)系是之間的關(guān)系是:_.大于大于Emc2二、廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介二、廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介1廣義相對(duì)性原理廣義相對(duì)性原理在任何參考系中在任何參考系中,物理規(guī)律都是物理規(guī)律都是_的的2等效原理等效原理一個(gè)一個(gè)_的引力場(chǎng)與一個(gè)的引力場(chǎng)與一個(gè)_的參考的參考系等價(jià)系等價(jià)3廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論(1)物質(zhì)的物質(zhì)的_使光線彎曲使光線彎曲(2)引力場(chǎng)的存在使空間不同位置的引力場(chǎng)的存在使空間不同位置的_出出現(xiàn)差別現(xiàn)差別,引力場(chǎng)越強(qiáng)引力場(chǎng)越強(qiáng),時(shí)間時(shí)間_.相同相同均勻均勻做勻加速運(yùn)動(dòng)做勻加速運(yùn)動(dòng)引力引力時(shí)間進(jìn)程時(shí)間進(jìn)程越慢越慢核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破例如例如:回旋加速器中被加速的粒子的質(zhì)量會(huì)隨粒

5、子回旋加速器中被加速的粒子的質(zhì)量會(huì)隨粒子的加速明顯增加的加速明顯增加.導(dǎo)致粒子圓周運(yùn)動(dòng)的周期變大導(dǎo)致粒子圓周運(yùn)動(dòng)的周期變大.它的運(yùn)動(dòng)與加在它的運(yùn)動(dòng)與加在D形盒上的交變電壓不再同步形盒上的交變電壓不再同步.回回旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制.答案：答案：大于大于二、對(duì)質(zhì)能方程的理解二、對(duì)質(zhì)能方程的理解質(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(duì)應(yīng)關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)具體從以下幾個(gè)方面理解：具體從以下幾個(gè)方面理解：1.靜止物體的能量為靜止物體的能量為E0m

6、0c2,這種能量叫做物體這種能量叫做物體的靜質(zhì)能的靜質(zhì)能.每個(gè)有靜質(zhì)量的物體都具有靜質(zhì)能每個(gè)有靜質(zhì)量的物體都具有靜質(zhì)能.即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)21905年，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了年，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了“相對(duì)論相對(duì)論”,提出了提出了著名的質(zhì)能方程著名的質(zhì)能方程.下面涉及對(duì)質(zhì)能方程理解的幾種下面涉及對(duì)質(zhì)能方程理解的幾種說(shuō)法中正確的是說(shuō)法中正確的是()A若物體能量增大若物體能量增大,則它的質(zhì)量增大則它的質(zhì)量增大B若物體能量增大若物體能量增大,則它的質(zhì)量減小則它的質(zhì)量減小C若核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量減小若核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量減小,則需吸收能量則需吸收能量D若核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量增大若核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量增大

7、,則會(huì)放出能量則會(huì)放出能量解析：解析：選選A.由由Emc2，若，若E增大，則增大，則m增大；增大；若若E減小，則減小，則m減小，故減小，故A正確、正確、B錯(cuò)若錯(cuò)若m減小，減小，則則E減小；若減??；若m增大，則增大，則E增大，故增大，故C、D錯(cuò)錯(cuò)三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論1.光線在引力場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)光線在引力場(chǎng)中偏轉(zhuǎn):根據(jù)廣義相對(duì)論根據(jù)廣義相對(duì)論,物質(zhì)的引物質(zhì)的引力會(huì)使光線彎曲力會(huì)使光線彎曲,引力場(chǎng)越強(qiáng)引力場(chǎng)越強(qiáng),彎曲越厲害彎曲越厲害.通常物通常物體的引力場(chǎng)都太弱體的引力場(chǎng)都太弱,但太陽(yáng)引力場(chǎng)卻能引起光線比但太陽(yáng)引力場(chǎng)卻能引起光線比較明顯的彎曲較明顯的彎曲.2.引力紅移引力紅移:

8、按照廣義相對(duì)論按照廣義相對(duì)論,引力場(chǎng)的存在使得空引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別.例如例如,在強(qiáng)引力的在強(qiáng)引力的星球附近星球附近,時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢,因此光振動(dòng)會(huì)變慢因此光振動(dòng)會(huì)變慢,相相應(yīng)的光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)、頻率變小應(yīng)的光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)、頻率變小,光譜線會(huì)發(fā)生向紅光譜線會(huì)發(fā)生向紅光一端移動(dòng)的現(xiàn)象光一端移動(dòng)的現(xiàn)象.光譜線的這種移動(dòng)是在引力作光譜線的這種移動(dòng)是在引力作用下發(fā)生的用下發(fā)生的,所以叫所以叫“引力紅移引力紅移”.3.水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng):天文觀測(cè)顯示天文觀測(cè)顯示,行星的軌道并行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的不是嚴(yán)格閉合的,它們的近日點(diǎn)它

9、們的近日點(diǎn)(或遠(yuǎn)日點(diǎn)或遠(yuǎn)日點(diǎn))有進(jìn)動(dòng)有進(jìn)動(dòng)(行星繞太陽(yáng)一周后行星繞太陽(yáng)一周后,橢圓軌道的長(zhǎng)軸也隨之有一橢圓軌道的長(zhǎng)軸也隨之有一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),叫做叫做“進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)”),這個(gè)效應(yīng)以離太陽(yáng)最近的這個(gè)效應(yīng)以離太陽(yáng)最近的水星最為顯著水星最為顯著,這與牛頓力學(xué)理論的計(jì)算結(jié)果有較這與牛頓力學(xué)理論的計(jì)算結(jié)果有較大的偏差大的偏差,而愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的計(jì)算結(jié)果與而愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果十分接近實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果十分接近.廣義相對(duì)論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所廣義相對(duì)論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所證實(shí)證實(shí).還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對(duì)論還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對(duì)論.目前目前,廣義相對(duì)

10、論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)廣義相對(duì)論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮主要作用揮主要作用.課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練質(zhì)速關(guān)系的應(yīng)用質(zhì)速關(guān)系的應(yīng)用【答案】【答案】見(jiàn)精講精析見(jiàn)精講精析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1一觀察者測(cè)出電子質(zhì)量為一觀察者測(cè)出電子質(zhì)量為2m0,求電子求電子速率是多少？速率是多少？(m0為電子靜止時(shí)的質(zhì)量為電子靜止時(shí)的質(zhì)量)答案：答案：0.866c質(zhì)能方程的應(yīng)用質(zhì)能方程的應(yīng)用電子靜止時(shí)質(zhì)量為電子靜止時(shí)質(zhì)量為9.11031kg,被加速器被加速器加速后加速后,其能量為其能量為1.28109eV,問(wèn)加速后電子的質(zhì)問(wèn)加速后電子的質(zhì)量是多少量是多少?是靜止質(zhì)量的多少倍是靜止質(zhì)量的多少倍?【思路

11、點(diǎn)撥】【思路點(diǎn)撥】電子被加速后的能量是電子的總電子被加速后的能量是電子的總能量能量,而不只是電子具有動(dòng)能而不只是電子具有動(dòng)能,滿足公式滿足公式Emc2.【答案】【答案】2.281027kg2505倍倍【方法總結(jié)方法總結(jié)】明確物體質(zhì)能表達(dá)式明確物體質(zhì)能表達(dá)式Emc2的的含義是解題的關(guān)鍵含義是解題的關(guān)鍵.如果物體靜止如果物體靜止,則則E0m0c2,如果此時(shí)物體還具有動(dòng)能如果此時(shí)物體還具有動(dòng)能Ek,則此時(shí)物體的能量則此時(shí)物體的能量為為EE0Ekmc2,其中其中m為物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量為物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量.變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2已知電子的靜止能量為已知電子的靜止能量為0.511 MeV,若電子的動(dòng)能為若電子的動(dòng)

12、能為0.25 MeV,則它所增加的質(zhì)量則它所增加的質(zhì)量m與靜止質(zhì)量與靜止質(zhì)量m0的比值近似為的比值近似為()A0.1B0.2C0.5 D0.9 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,通過(guò)儀器可以觀察到太陽(yáng)后面通過(guò)儀器可以觀察到太陽(yáng)后面的恒星的恒星,這說(shuō)明星體發(fā)出的光這說(shuō)明星體發(fā)出的光()A經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射B可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物C在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲D經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射對(duì)廣義相對(duì)論結(jié)論的理解對(duì)廣義相對(duì)論結(jié)論的理解【思路點(diǎn)撥】【思路點(diǎn)撥】依據(jù)廣義相對(duì)論中的引力場(chǎng)中的依據(jù)廣義相對(duì)論中的引

13、力場(chǎng)中的光線彎曲考慮光線彎曲考慮【精講精析】【精講精析】根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知,光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲,所以可以在所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí)如日全食時(shí))通過(guò)儀器觀察到太陽(yáng)后面通過(guò)儀器觀察到太陽(yáng)后面的恒星的恒星,故故C正確正確,A、B、D均錯(cuò)均錯(cuò)【答案】【答案】C變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3以下說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是以下說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是()A矮星表面的引力很強(qiáng)矮星表面的引力很強(qiáng)B時(shí)鐘在引力場(chǎng)弱的地方比引力場(chǎng)強(qiáng)的地方走得時(shí)鐘在引力場(chǎng)弱的地方比引力場(chǎng)強(qiáng)的地方走得快些快些C在引力場(chǎng)越弱的地方，物體長(zhǎng)度越長(zhǎng)在引力場(chǎng)越弱的地方，物體長(zhǎng)度越長(zhǎng)D在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，光譜線向綠端偏移在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，光譜線向綠端偏移答案：答案：CD本部分內(nèi)容講解結(jié)束本部分內(nèi)容講解結(jié)束點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄按按ESC鍵退出全屏播放鍵退出全屏播放謝謝使用謝謝使用