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高中物理 第15章 3 狭义相对论的其他结论 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

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3狭义相对论的其他结论4广义相对论简介[学习目标]1.知道相对论速度叠加规律.2.知道相对论质能关系.(重点)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.(难点)4.关注宇宙学的新进展.一、狭义相对论的其他假设1.相对论速度变换公式以高速火车为例如图,设车对地面的速度为v,车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动,那么他相对地面的速度u为u=.这一公式仅适用于u′与v在一直线上的情况,当u′与v相反时,u′取负值.2.相对论质量(1)按照牛顿力学,物体的质量是不变的,因此一定的力作用在物体上,产生的加速度也是一定的,这样,经过足够长的时间以后物体就可以达到任意大的速度.(2)相对论的速度叠加公式表明,物体的运动速度不能无限增加,严格的论证证实了这一点,实际上,物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系m=3.质能方程:相对论另一个重要结论就是大家都很熟悉的爱因斯坦质能方程E=mc2,式中m是物体的质量,E是它具有的能量.二、广义相对论简介1.超越狭义相对论的思考(1)万有引力理论无法纳入狭义相对论框架.(2)惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位.2.广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理:在任何参考系中物理规律都是相同的.(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等价.3.广义相对论的几个结论(1)光线在引力场中弯曲.(2)引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差(引力红移).1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)只有运动物体才具有能量,静止物体没有能量.(×)(2)一定的质量总是和一定的能量相对应.(√)(3)E=mc2中能量E其实就是物体的内能.(×)(4)广义相对论提出在任何参考系中物理规律都是相同的.(√)(5)广义相对论提出光线会在引力场中沿直线传播.(×)2.(单选)1905年,爱因斯坦创立了“相对论”,提出了著名的质能方程.下面涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是()A.若物体能量增大,则它的质量增大B.若物体能量增大,则它的质量减小C.若核反应过程质量减小,则需吸收能量D.若核反应过程质量增大,则会放出能量A[由E=mc2,若E增大,则m增大;若E减小,则m减小,故A正确,B错;若m减小,则E减小;若m增大,则E增大,故C、D错.]3.(单选)下列说法中不正确的是()A.由于太阳引力场的影响,我们有可能看到太阳后面的恒星B.强引力作用可使光谱线向红端偏移C.引力场越强的位置,时间进程越快D.由于物质的存在,实际的空间是弯曲的C[由广义相对论我们知道,物质的引力可以使光线弯曲,使空间弯曲,故选项A、D正确;在引力场中时间进程变慢,而且引力越强,时间进程越慢,因此我们能观察到引力红移现象,所以选项B正确,C错误.]狭义相对论的其他假设1.相对论速度变换公式的理解假设高速火车对地面的速度为v,车上的一高速粒子以速度u′沿火车前进的方向相对火车运动,那么此粒子相对于地面的速度为u=.(1)若粒子运动方向与火车运动方向相反,则u′取负值.(2)如果v≪c,u′≪c时,可忽略不计,这时相对论的速度变换公式可近似为u=u′+v.(3)若u′=c,v=c,则u=c,表明一切物体的速度都不能超过光速.(4)该变换公式只适用于同一直线上匀速运动速度的变换,对于更复杂的情况不适用.2.相对论质量公式的理解(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)微观粒子的运动速度很大,它的质量明显大于静止质量,像回旋加速器中被加速的粒子质量会变大,导致做圆周运动的周期变大后,它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步,回旋加速器的加速能量因此受到了限制.3.对质能方程的理解爱因斯坦质能方程E=mc2.它表达了物体的质量和它所具有的能量关系:一定的质量总是和一定的能量相对应.(1)静止物体所对应的能量为E0=m0c2,这种能量称为物体的静质能,每个有静质量的物体都有静质能.(2)由质能关系式可得ΔE=Δmc2.其中Δm表示质量的变化量,该式意味着当质量减少Δm时,要释放出ΔE=Δmc2的能量.(3)物体的总能量E为动能Ek与静质能E0之和,...

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