高中物理 第十五章 相对论简介 4 广义相对论简介学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案VIP免费

4．广义相对论简介1．知道相对论速度叠加规律。2．知道相对论质能关系。3．初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据。4．关注宇宙学的新进展。狭义相对论告诉我们，物体运动的极限速度都不可能越过真空中的光速。在宏观低速运动的条件下，伽利略的速度叠加原理简单有效，但对高速运动的物体及微观高速粒子，速度的叠加原理与传统经典观念矛盾，必须要考虑相对论效应。考虑相对论效应的情况下速度的叠加是怎样的呢？提示：相对论效应指的是“动尺变短”或“动钟变慢”等。在高速运动的参考系中，速度的叠加必须考虑这个因素，低速宏观状态下遵守伽利略的速度叠加原理，高速的情况下任何运动的速度不能超过光速。一、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式设车对地的速度为v，人对车的速度为u′，车上人相对于地面的速度为u，(1)经典的时空观：u＝u′＋v。(2)相对论的速度变换公式为：_______________________________________________。如果车上人运动方向与车运动方向相同，u′取____值，如果车上人运动方向与车运动方向相反，u′取____值。(3)结论：光速c是宇宙万物速度的极限，且相对于任何参考系都是不变的。注意：它只适用于沿同一直线运动物体速度的叠加。2．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，产生的加速度也是______的，足够长的时间以后物体就可以达到______速度。(2)相对论情况下：物体的质量随其速度的增大而增大。物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0的关系式为：____________________。3．质能方程质能方程：________。质能方程表达了物体的质量m和它所具有的能量E之间的关系。思考：有人根据E＝mc2得出结论：质量可以转化为能量、能量可以转化为质量。这种说法对吗？二、广义相对论简介1．超越狭义相对论的思考爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：(1)引力问题，万有引力理论无法纳入______________的框架。(2)非惯性系问题，狭义相对论只适用于________。它们是促成广义相对论的前提。2．广义相对性原理和等效原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是______的。(2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系______。3．广义相对论的几个结论(1)光线经过强引力场中发生______：如1919年5月29日，发生日全食期间，科学家成功地观测到了太阳背后恒星发出的光线经过太阳附近发生弯曲的现象，并拍得了太阳背后恒星的照片。(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了差别。例如：矮星表面的引力很强，按照广义相对论，那里的时间进程________，那里原子发光的频率比同种原子在地球上发光的频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移。答案：一、1.(2)u＝正负2．(1)不变一定任意的(2)m＝3．E＝mc21思考提示：这是对相对论的曲解，事实上质量决不会变成能量，能量也决不会变成质量。一个系统能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统因接受而增加能量时，其质量也相应增加。一个封闭的系统，能量是守恒的，质量也是守恒的。二、1.(1)狭义相对论(2)惯性系2．(1)相同(2)等价3．(1)弯曲(2)比较慢一、对相对论速度变换公式的理解相对论认为，如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对于火车运动，那么这个人相对于地面的速度u＝，对这一个公式做以下几点说明：1．如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反，u′取负值。2．如果v≪c、u′≪c，这时可以忽略不计，这时的速度合成公式就是经典的伽利略公式：u＝u′＋v。3．如果u′和v的方向垂直或成其他任意角度，公式不成立，只适用于一条直线上。对于微观、高速运动的物体，其速度的叠加不再按照宏观运动规律，而是遵守相对论速度变换公式。二、相对论质量相对论中质量和速度的关系为m＝。理解这个公式时请注意：1．式中m0是物体静止时的质量(也称为静质量)，m是物体以速度v运动时的质量。这个关系式称为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大而增大。2．v≪c时，近似地m＝m0。3．微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于静止质量。例如回旋加速器...