高中物理 第十五章 相對論簡介 3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介預習導航 新人教版選修3-41

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3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介 1．知道相對論速度疊加規(guī)律。 2．知道相對論質(zhì)能關(guān)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(guān)注宇宙學的新進展。 狹義相對論告訴我們，物體運動的極限速度都不可能越過真空中的光速。在宏觀低速運動的條件下，伽利略的速度疊加原理簡單有效，但對高速運動的物體及微觀高速粒子，速度的疊加原理與傳統(tǒng)經(jīng)典觀念矛盾，必須要考慮相對論效應?？紤]相對論效應的情況下速度的疊加是怎樣的呢？ 提示：相對論效應指的是“動尺變短”或“動鐘變慢”等。在高速運動的參考系中，速度的疊加必須考慮這個因素，低速宏觀狀態(tài)下遵守伽利略的速度疊加原理，高速的情況下任何運動的速度不能超過光速。 一、狹義相對論的其他結(jié)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， (1)經(jīng)典的時空觀：u＝u′＋v。 (2)相對論的速度變換公式為：_______________________________________________。 如果車上人運動方向與車運動方向相同，u′取____值，如果車上人運動方向與車運動方向相反，u′取____值。 (3)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不變的。 注意：它只適用于沿同一直線運動物體速度的疊加。 2．相對論質(zhì)量 (1)經(jīng)典力學：物體的質(zhì)量是______的，一定的力作用在物體上，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)能方程表達了物體的質(zhì)量m和它所具有的能量E之間的關(guān)系。 思考：有人根據(jù)E＝mc2得出結(jié)論：質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量、能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。這種說法對嗎？ 二、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： (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動的參考系______。 3．廣義相對論的幾個結(jié)論 (1)光線經(jīng)過強引力場中發(fā)生______：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。 (2)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________，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)象叫做引力紅移。 答案：一、1.(2)u＝　正　負 2．(1)不變　一定　任意的　(2)m＝ 3．E＝mc2 思考 提示：這是對相對論的曲解，事實上質(zhì)量決不會變成能量，能量也決不會變成質(zhì)量。一個系統(tǒng)能量減少時，其質(zhì)量也相應減少，另一個系統(tǒng)因接受而增加能量時，其質(zhì)量也相應增加。一個封閉的系統(tǒng)，能量是守恒的，質(zhì)量也是守恒的。 二、1.(1)狹義相對論　(2)慣性系 2．(1)相同　(2)等價 3．(1)彎曲　(2)比較慢