高中物理 第5章 新时空观的确立 3 奇特的相对论效应 4 走近广义相对论 5 无穷的宇宙学案 沪科版选修3-4-沪科版高二选修3-4物理学案VIP免费

奇特的相对论效应走近广义相对论无穷的宇宙1.了解运动时钟延缓.(重点)2.了解长度效应收缩.(重点)3.了解爱因斯坦质量公式和质能方程.(重点)4.了解广义相对论的两个基本原理.(重点)5.了解宇宙的起源及演化.一、奇特的相对论效应1.运动时钟延缓在一个相对于我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观测到的时间长.2.运动长度收缩爱因斯坦认为，长度的测量跟参考系的选择有关，如果某一惯性系相对于静止惯性系以速度v运动，在运动惯性系中测得的长度为L′，在静止惯性系中测得的长度为L，那么L总要比L′短一些，这种效应叫做运动长度收缩或尺缩效应，这个效应显示了空间的相对性.3.爱因斯坦质量公式爱因斯坦认为，牛顿力学中质量与速度无关，只是低速情况下的近似.实际上物体的质量随速度的增大而增加Ｗ.物体以速度v运动时的质量m跟它静止时的质量m0之间的关系为m＝.4.质能关系狭义相对论的一个重要结论是：物体的质量跟它具有的能量是相互联系的.爱因斯坦于1905年给出关系式E＝mc2，通常叫爱因斯坦的质能关系，在一个物理过程中，物体的质量发生了变化，其能量也相应发生变化，即满足关系式ΔE＝Δmc2.二、走近广义相对论1.广义相对论的两个基本原理(1)在任何参考系中（包括惯性参考系），物理过程和规律都是相同的，这一原理叫做广义相对性原理.(2)一个均匀引力场与一个做加速运动的参考系等价.这一原理叫做等效原理.2.广义相对论的预言与证实(1)时空弯曲：广义相对论认为时空不是直的，而是弯曲或扭曲的，如果质量越大，时空弯曲的程度也就越大.(2)光线弯曲：按照爱因斯坦的广义相对论，在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的，光线在引力场中弯曲的一个推论是引力透镜效应.(3)引力红移：根据爱因斯坦广义相对论，在强引力场中，时钟要走得慢.因此光在引力场中传播时，它的频率或波长会发生变化，计算表明，氢原子发射的光从太阳传播到地球时，频率要比地球上氢原子发射的光的频率低，这就是引力红移效应.三、无穷的宇宙1.宇宙的起源目前最有影响的是大爆炸学说，它是由俄裔美国物理学家伽莫夫在1948年首先提出的.该理论认为，我们观察到的宇宙，产生于最初的一次大爆炸.那时宇宙的温度极高、密度极大、体积极小，伽莫夫根据大爆炸理论预言，作为爆炸的后果，宇宙空间应该存在当时产生的微波辐射.20世纪60年代美国科学家威尔逊和彭齐亚斯在一次实验中意外接收到一种来自空间的一种微波噪声，被认为是一百多亿年前的宇宙存留到今天的遗迹.为此他们获得了1978年的诺贝尔物理学奖.2.宇宙的演化1929年，美国天文学家哈勃用望远镜对远距离星云进行观测时，发现那些存在“红移”现象的恒星正在离我们远去，也说明星系系统处于一种膨胀状态.在宇宙演化过程中，黑洞是恒星演化的结果.狭义相对论的几个主要效应的理解1.时间延缓的理解如图所示，K′系中，A′处有闪光光源及时钟C′.M′为反射镜，K′系相对K系以速度u向右运动.第一事件：闪光从A′发出；第二件事：经反射返回A′.K′系中Δt＝；K系中Δt＝＝；解之，可得Δt＝.可见，在运动参考系中观测，事物变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀（动钟变慢）.时间延缓效应的理解：(1)时间延缓效应的来源是光速不变原理；(2)时间延缓效应是时空的一种属性；在运动参考系中的时间节奏变缓慢了（一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏变慢了）.(3)运动是相对的；固有时间：在某个参考系中，同一地点先后发生了两个事件，用固定在该参考系中的钟来测定两事件的时间间隔称为两事件的静止时间或固有时间，也称原时.(4)日常生活中的时间延缓效应可以忽略，在运动速度接近光速时，则变得特别重要.2.长度相对性的理解观察者与被测物体有相对运动时，长度的测量值等于其原长的倍，即物体沿运动方向缩短了，这就是洛伦兹收缩（长度缩短）.(1)观察运动的物体其长度要收缩，收缩只出现在运动方向.固有长度值最大.如图所示.(2)低速空间相对论效应可忽略.(3)长度收缩是相对的，K系认为静止在K′系中的尺收缩，反之，K′系认为静止在K系中的尺收缩.3.相对质量和质...