1、,第十五章 相对论简介,3狭义相对论的其他结论 4广义相对论简介,1.知道相对论速度变换公式、相对论质量和质能方程. 2.了解广义相对论的基本原理. 3.初步了解相对论的几个主要结论以及主要观测证据.,学科素养与目标要求,物理观念：,科学思维：,会应用相对论速度变换公式、相对论质量和质能方程进行简单的计算.,科学态度与责任：,广义相对论的很多预言被证实，也被另外一些事实所支持.广义相对论已经在宇宙结构、演化等方面发挥了重要作用.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,1.相对论速度变换公式：高速
2、行驶的火车相对地面的速度为v，车上的人以速度u沿火车前进的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度为u,一、相对论速度变换公式,2.经典的时空观：uuv.,1.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，经过足够长时间后物体可以达到 的速度. (2)狭义相对论：物体的质量随物体速度的 而 .物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系是： 2.质能方程 爱因斯坦质能方程E ，其中m是物体的质量，E是它具有的能量.,二、相对论质量和质能方程,不变,一定,任意,增加,增大,mc2,1.广义相对论的基本原理 (1)广义相对性原理：在 中，物理规律都是相同
3、的. (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做 的参考系等价. 2.广义相对论的几个结论 (1)光线在引力场中弯曲：物质的引力会使光线 ，引力场越强，弯曲越 . (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差别.例如，在强引力的星球附近，时间进程会 ，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向 一端移动的现象.,三、广义相对论简介,任何参考系,匀加速运动,弯曲,厉害,变慢,红光,判断下列说法的正误. (1)根据相对论速度变换公式，两个物体的速度无论多大，它们的相对速度也不会大于光速c.() (2)在相对论力学中，物体静止时的质量最小.() (3)根据质能方程，
4、质量可以转化为能量，能量可以转化为质量.() (4)一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理.(),即学即用,重点探究,一列车正以v50 m/s的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u5 m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是多大？若列车的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站台上的观察者测得该乘客的速度是0.9c0.5c1.4c吗？为什么？,一、相对论速度变换公式,答案站台上的观察者测得该乘客的速度是55 m/s.不是.因为根据狭义相对论原理，光速c是极限速度，任何物体的速度不可能超过光速.,导学探究,对相对论速度变换公式的理解,知识深化,若车上
5、人的运动方向与火车的运动方向相同，则u取正值，若车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则u取负值. (2)当vc，uc时， 可忽略不计，这时相对论的速度变换公式可近似为uuv. (3)若uc，则uc，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.,例1一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动.此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同.求电子相对于实验室参考系的速度.,解析已知v0.05c，u0.8c. 由相对论速度变换公式得,答案0.817c,二、相对论质量和质能方程,导学
6、探究,回旋加速器中磁场一次次把粒子拉到狭缝处，狭缝处的电场一次次加速带电粒子.假如回旋加速器的半径可以增大到很大，磁感应强度足够大，经回旋加速器加速的粒子的速度可以达到任意速度甚至超过光速吗？为什么？,答案速度不可以超过光速 因为回旋加速器的理论基础是粒子在磁场中做圆周运动的周期(T )等于交变电场的周期；速度较小时粒子的质量m可以认为不变，周期T不变，电场变化与粒子圆周运动同步，但速度较大时，粒子质量增大明显，粒子做圆周运动的周期T变大，无法做到圆周运动的周期与交变电场的周期同步.,对相对论质量的理解,知识深化,(1)因为总有vc，所以运动物体的质量m总要大于它静止时的质量m0，但当vc时，
7、mm0，所以低速运动的物体，可认为其质量与运动速度无关. (2)微观粒子的速度很大，因此运动时粒子质量明显大于静止质量.,例2为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度 A.6.0108 m/s B.3.0108 m/s C.2.6108 m/s D.1.5108 m/s,例31905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.Emc2中能量E其实就是物体的内能 D.由Emc2知质量和能量可以互相转化,解析由爱因斯坦质能方程可知，物体具有的与质量相对应的能量称
8、为质能.Emc2表明质量与能量之间存在一一对应的关系，物体吸收或放出能量，则对应其质量会增加或减少，质量与能量并没有相互转化，B、D项错误，A项正确； Emc2中能量E包括静止能量E0和动能Ek，而非物体的内能，C项错误.,学科素养例2、例3两题主要考查相对论质量和质能方程及其相关的知识点，意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养.,三、广义相对论的几个结论,对广义相对论几个结论的理解 1.光线在引力场中弯曲，以及引力红移现象都是在引力场很强的情况下产生的. 2.光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象，在我们的日常生活中仍然成立.,例4(多选)下列说法中正确的
9、是 A.物质的引力使光线弯曲 B.光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用 C.在强引力的星球附近，时间进程会变慢 D.广义相对论可以解释引力红移现象,解析从广义相对论的两个基本假设可以得出：物质的引力使光线弯曲；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，如在矮星表面的引力很强，那里的时间进程变慢，从而导致引力红移，所以正确的选项为A、C、D.,针对训练(2017青岛高二检测)如图1所示是黑洞的示意图，黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片.那么关于黑洞，下列说法正确的是 A.内部也是漆黑一片，没有任何光 B.尽管内部的光由于引力的作用
10、发生弯曲，也能从黑洞中射出 C.所有中子星都会发展为黑洞 D.如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去,解析少数中子星会发展成为黑洞.黑洞之所以黑是因为光不能从其中射出，而不是内部没有光线.由于引力的作用，其光线弯曲程度很大，不能射出.当有一个小的星体经过黑洞时，由于黑洞质量很大，对小星体有很强大的引力，会把小星体吸引进去.,图1,达标检测,1.(广义相对论)(多选)下列说法中正确的是 A.在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理 B.在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿运动定律仅适用于惯性 参考系 C.一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效
11、原理 D.一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理,1,2,3,4,2.(相对论速度变换公式)一高能加速器沿相反方向射出两个粒子，速度均为0.6c，则它们的相对速度大小是多少？,1,2,3,4,答案0.88c,解析以其中任意一个粒子为运动参考系，要求的就是另一个粒子在该运动参考系下的运动速度u.由题意知，运动参考系相对静止参考系的速度v0.6c，另一粒子相对于静止参考系的速度u0.6c.,1,2,3,4,可解得u0.88c， 故两粒子的相对速度大小为0.88c.,3.(相对论质量)星际火箭以0.8c的速率飞行，其静止质量为运动质量的百分之几？,1,2,3,4,答案60%,解析设星际火箭的静止质量为m0，运动质量为m，,4.(质能方程)一电子(m09.11031 kg)以0.99c的速率运动.问： (1)电子的总能量是多大？,1,2,3,4,答案5.81013 J,(2)电子的经典力学的动能与相对论的动能的比值是多大？,答案0.08,相对论的动能为：EkEE0mc2m0c2,1,2,3,4,