202X高中物理第十五章34狹義相對論的其他結(jié)論廣義相對論簡介課件新人教版選修3_4

1、自自主主學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)基基礎(chǔ)礎(chǔ)知知識(shí)識(shí) 3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能記住相對論速度變換公式，相對論質(zhì)量和質(zhì)能方程(重點(diǎn))2.初步了解廣義相對論的基本原理3.知道廣義相對論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要觀測證據(jù)(難點(diǎn))合合作作探探究究重重難難疑疑點(diǎn)點(diǎn)課課時(shí)時(shí)作作業(yè)業(yè)1相對論速度變換公式：這一公式僅適用于u與v在一直線上的情況，當(dāng)u與v相反時(shí)，u取負(fù)值2相對論質(zhì)量：(1)按照牛頓力學(xué)，物體的質(zhì)量是_的，因此一定的力作用在物體上，產(chǎn)生的加速度也是一定的，這樣，經(jīng)過足夠長的時(shí)間以后物體就可以達(dá)到任意大的速度(2)相對論的速度疊加公式表明，物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無限增加，嚴(yán)格的論證證實(shí)了這

2、一點(diǎn)，實(shí)際上，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系不變不變3質(zhì)能方程：相對論另一個(gè)重要結(jié)論就是大家都很熟悉的愛因斯坦質(zhì)能方程_，式中m是物體的質(zhì)量，E是它具有的能量E Emcmc2 2物體質(zhì)量是否會(huì)隨著物體的速度增大而增大？運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和靜止質(zhì)量誰更大一些？質(zhì)量與能量有怎樣的聯(lián)系？1只有運(yùn)動(dòng)物體才具有能量，靜止物體沒有能量( )2一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對應(yīng)( )3Emc2中能量E其實(shí)就是物體的內(nèi)能( )1狹義相對論無法解決的問題(1)_理論無法納入狹義相對論框架(2) _參考系在狹義相對論中具有特殊的地位2廣義相對論的基本原理(1)廣義相對性原理：在_中物理規(guī)律都是相同

3、的萬有引力萬有引力慣性慣性任何參考系任何參考系(2)等效原理：一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做_的參考系等價(jià)3廣義相對論的幾個(gè)結(jié)論(1)光線在_中偏轉(zhuǎn)( 2 ) 引 力 場 的 存 在 使 得 空 間 不 同 位 置 的_出現(xiàn)偏差(引力紅移)勻加速運(yùn)動(dòng)勻加速運(yùn)動(dòng)引力場引力場時(shí)間進(jìn)程時(shí)間進(jìn)程小河中流水的速度是3 m/s，小船順流而下，由于劃船，它相對于水的速度是1 m/s，那么船相對于河岸的速度是多少？假設(shè)水流的速度是0.7c(c為真空中的光速)，而小船相對于水的劃行速度是0.3c，還能這樣求船相對于河岸的速度嗎？【提示】如果物體的速度遠(yuǎn)小于真空中的光速，可以直接用uuv，求對地速度u.其中v為參考系相

4、對于地的速度，u為物體相對參考系的速度，u為物體對地速度但當(dāng)速度接近真空中的光速時(shí)就要考慮相對論速度變換公式1萬有引力定律適用于狹義相對論( )2廣義相對論提出在任何參考系中物理規(guī)律都是相同的( )3廣義相對論提出光線會(huì)在引力場中沿直線傳播( )學(xué)生分組探究一質(zhì)能方程的理解和應(yīng)用第1步探究分層設(shè)問，破解疑難1當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)物體的質(zhì)量怎樣變化？【提示】物體的質(zhì)量會(huì)增大2一定量的質(zhì)量與能量相對應(yīng)，那么質(zhì)量變化時(shí)其能量一定變化嗎？【提示】一定變化由質(zhì)能方程Emc2可知，質(zhì)量變化時(shí)，一定對應(yīng)能量的變化2如果質(zhì)量發(fā)生了變化，其能量也相應(yīng)發(fā)生變化Emc2，這個(gè)方程常應(yīng)用在核能的開發(fā)和利用上如果系統(tǒng)的質(zhì)量虧損

5、為m，就意味著有E的能量釋放第3步例證典例印證，思維深化電子的靜止質(zhì)量m09.111031kg.(1)試用焦和電子伏為單位來表示電子的靜質(zhì)能(2)靜止電子經(jīng)過106 V電壓加速后，其質(zhì)量和速率各是多少？第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化1已知電子的靜止能量為0.511 MeV，若電子的動(dòng)能為0.25 MeV，則它所增加的質(zhì)量m與靜止質(zhì)量m0的比值近似為()A0.1B0.2C0.5 D0.92星際火箭以0.8c的速率飛行，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為靜止質(zhì)量的多少倍？學(xué)生分組探究二廣義相對論的幾個(gè)結(jié)論第1步探究分層設(shè)問，破解疑難1愛因斯坦提出狹義相對論后，為什么還要提出廣義相對論？【提示】愛因斯坦提出狹義相對論后，遇

6、到了狹義相對論無法解決的兩個(gè)問題：萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架；慣性參考系在狹義相對論中具有特殊的地位為了解決這兩個(gè)問題，愛因斯坦又向前邁進(jìn)了一大步，提出了廣義相對論2地球表面有引力，為什么說在地球表面均勻介質(zhì)中光沿直線傳播？【提示】地球表面的引力場很弱，對光的傳播方向影響很小，所以認(rèn)為光沿直線傳播第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng)1光線在引力場中彎曲：根據(jù)廣義相對論，物質(zhì)的引力會(huì)使光線彎曲，引力場越強(qiáng)，彎曲越厲害通常物體的引力場都太弱，但太陽引力場卻能引起光線比較明顯的彎曲2引力紅移：按照廣義相對論，引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，因

7、此光振動(dòng)會(huì)變慢，相應(yīng)的光的波長變長、頻率變小，光譜線會(huì)發(fā)生向紅光一端移動(dòng)的現(xiàn)象廣義相對論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測證實(shí)還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對論目前，廣義相對論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮了主要作用第3步例證典例印證，思維深化在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，通過儀器可以觀察到太陽后面的恒星，這說明星體發(fā)出的光()A經(jīng)太陽時(shí)發(fā)生了衍射B可以穿透太陽及其他障礙物C在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲D經(jīng)過太陽外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射【思路點(diǎn)撥】依據(jù)廣義相對論中的引力場中的光線彎曲解題【解析】根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論可知，光線在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí))通過儀器觀察到太陽后面

8、的恒星，故C正確，A、B、D均錯(cuò)【答案】C廣義相對論效應(yīng)(1)光線在引力場中彎曲以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場很強(qiáng)的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)(2)光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象在我們的日常生活中仍然成立 第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化1(多選)下列說法中正確的是()A物體的引力使光線彎曲B光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢D廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象【解析】根據(jù)廣義相對論的幾個(gè)結(jié)論可知，選項(xiàng)A、C、D正確，B錯(cuò)誤【答案】ACD2如圖1532所示，在一個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大轉(zhuǎn)盤上，放著A、B、C三個(gè)時(shí)鐘，下列說法正確的是()圖1532AA時(shí)鐘走時(shí)最慢，B時(shí)鐘走時(shí)最快BA時(shí)鐘走時(shí)最慢，C時(shí)鐘走時(shí)最快CC時(shí)鐘走時(shí)最慢，A時(shí)鐘走時(shí)最快DB時(shí)鐘走時(shí)最慢，A時(shí)鐘走時(shí)最快【解析】根據(jù)廣義相對論的等效原理可知