第6章 4 相對(duì)論的速度變換公式　質(zhì)能關(guān)系+5 廣義相對(duì)論點(diǎn)滴(選學(xué))

1、.4相對(duì)論的速度變換公式質(zhì)能關(guān)系5廣義相對(duì)論點(diǎn)滴選學(xué)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道相對(duì)論的速度疊加公式重點(diǎn)2.知道相對(duì)論質(zhì)量重點(diǎn)3.知道愛因斯坦質(zhì)能方程重點(diǎn)、難點(diǎn)4.理解廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要觀測(cè)證據(jù)難點(diǎn)相 對(duì) 論 的 速 度 變 換質(zhì) 能 關(guān) 系 1相對(duì)論的速度變換根據(jù)時(shí)空相對(duì)性，狹義相對(duì)論給出：在以速率u相對(duì)于參考系S運(yùn)動(dòng)的參考系S中，一物體沿與u一樣的方向以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)，在參考系S中，它的速率為：v.2相對(duì)論質(zhì)量和能量1相對(duì)論質(zhì)量以速度v高速運(yùn)動(dòng)的物體的質(zhì)量m和靜止時(shí)的質(zhì)量m0.有如下關(guān)系：m.質(zhì)量公式實(shí)際上是質(zhì)量和速度的關(guān)系，在關(guān)系m中，假設(shè)vc，那么m可能是無限大，這

2、是不可能的，尤其是宏觀物體，設(shè)想物體由v0逐漸向c靠攏，m要逐漸變大，產(chǎn)生加速度的力那么要很大，所以能量也要很大因此，宏觀物體的速度是不可能在目前增大到與光速相比但是對(duì)于一些沒有靜止質(zhì)量的粒子如光子，它卻可以有動(dòng)質(zhì)量m.2質(zhì)能方程愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式Emc2.理解這個(gè)公式請(qǐng)注意a質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所包含的能量的關(guān)系；一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)b靜止物體的能量為E0m0c2，這種能量叫做物體的靜能量每個(gè)有靜質(zhì)量的物體都具有靜能量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(duì)應(yīng)3Emc2中能量E其實(shí)就是物體的內(nèi)能×1當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)物體的

3、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(duì)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(duì)應(yīng)能量的變化1相對(duì)論速度變換公式的理解假設(shè)高速火車對(duì)地面的速度為v，車上的一高速粒子以速度u沿火車前進(jìn)的方向相對(duì)火車運(yùn)動(dòng)，那么此粒子相對(duì)于地面的速度為u.1假設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)方向與火車運(yùn)動(dòng)方向相反，那么u取負(fù)值2假如vc，uc時(shí)，可忽略不計(jì)，這時(shí)相對(duì)論的速度變換公式可近似為uuv.3假設(shè)uc，vc，那么uc，說明一切物體的速度都不能超過光速4該變換公式只適用于同一直線上勻速運(yùn)動(dòng)速度的變換，對(duì)于更復(fù)雜的情況不適用2相對(duì)論質(zhì)量公式的理解1式中m0是物

4、體靜止時(shí)的質(zhì)量也稱為靜質(zhì)量，m是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量，這個(gè)關(guān)系式稱為相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系，它說明物體的質(zhì)量會(huì)隨速度的增大而增大2微觀粒子的運(yùn)動(dòng)速度很大，它的質(zhì)量明顯大于光子質(zhì)量，像盤旋加速器中被加速的粒子質(zhì)量會(huì)變大，導(dǎo)致做圓周運(yùn)動(dòng)的周期變大后，它的運(yùn)動(dòng)與加在D形盒上的交變電壓不再同步，盤旋加速器的加速能量因此受到了限制3微觀粒子的速度很大，因此粒子質(zhì)量明顯大于靜質(zhì)量3對(duì)質(zhì)能方程的理解愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2.它表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)1靜止物體所對(duì)應(yīng)的能量為E0m0c2，這種能量稱為物體的靜質(zhì)能，每個(gè)有靜質(zhì)量的物體都有靜質(zhì)能2由質(zhì)能關(guān)系式可得Emc2

5、.其中m表示質(zhì)量的變化量，該式意味著當(dāng)質(zhì)量減少m時(shí)，要釋放出Emc2的能量3物體的總能量E為動(dòng)能Ek與靜質(zhì)能E0之和，即EEkE0mc2m為物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量1愛因斯坦提出了質(zhì)能方程，關(guān)于質(zhì)能方程，以下說法正確的選項(xiàng)是A質(zhì)量和能量可以互相轉(zhuǎn)化B當(dāng)物體向外釋放能量時(shí)，其質(zhì)量必定減小，且減小的質(zhì)量m與釋放的能量E滿足Emc2C假如物體的能量增加了E，那么它的質(zhì)量相應(yīng)增加m，并且Emc2D質(zhì)能方程提醒了質(zhì)量和能量的不可分割性Emc2是物體可以放出能量的總和【答案】BCD2電子的靜止質(zhì)量m09.11×1031kg.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

6、質(zhì)量和速率各是多少？【解析】1由質(zhì)能方程得：Em0c29.11×1031×3×1082 J8.2×1014 J eV0.51 MeV.2由能量關(guān)系得：eUmm0c2，解得mm0kg9.11×1031kg2.69×1030kg.由質(zhì)量和速度的關(guān)系得m.解得：vc3×108× m/s2.82×108 m/s.【答案】18.2×1014 J0.51 MeV22.69×1030 kg2.82×108 m/s相對(duì)論并沒有推翻牛頓力學(xué)，也不能說牛頓力學(xué)已經(jīng)過時(shí)了，相對(duì)論使牛頓力學(xué)的使用范

7、圍變得更清楚了.廣 義 相 對(duì) 論 簡(jiǎn) 介 1超越狹義相對(duì)論的考慮1萬有引力理論無法納入狹義相對(duì)論框架2慣性參考系在狹義相對(duì)論中具有特殊的地位2廣義相對(duì)論的根本原理1廣義相對(duì)性原理：在任何參考系中物理規(guī)律都是一樣的2等效原理：一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)3廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論1光線在引力場(chǎng)中彎曲2引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)偏向引力紅移1萬有引力定律適用于狹義相對(duì)論×2廣義相對(duì)論提出在任何參考系中物理規(guī)律都是一樣的3廣義相對(duì)論提出光線會(huì)在引力場(chǎng)中沿直線傳播×1愛因斯坦提出狹義相對(duì)論后，為什么還要提出廣義相對(duì)論？【提示】愛因斯坦提出狹義相對(duì)論后

8、，遇到了狹義相對(duì)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(duì)論的框架；慣性參考系在狹義相對(duì)論中具有特殊的地位為理解決這兩個(gè)問題，愛因斯坦又向前邁進(jìn)了一大步，提出了廣義相對(duì)論2地球外表有引力，為什么說在地球外表均勻介質(zhì)中光沿直線傳播？【提示】地球外表的引力場(chǎng)很弱，對(duì)光的傳播方向影響很小，所以認(rèn)為光沿直線傳播1光線在引力場(chǎng)中彎曲根據(jù)廣義相對(duì)論，物質(zhì)的引力會(huì)使光線彎曲，引力場(chǎng)越強(qiáng)，彎曲越厲害通常物體的引力場(chǎng)都太弱，但太陽引力場(chǎng)卻能引起光線比較明顯的彎曲2引力紅移按照廣義相對(duì)論，引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差異例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，因此光振動(dòng)會(huì)變慢，相應(yīng)的光的波

9、長(zhǎng)變長(zhǎng)、頻率變小，光譜線會(huì)發(fā)生向紅光一端挪動(dòng)的現(xiàn)象光譜線的這種挪動(dòng)是在引力作用下發(fā)生的，所以叫“引力紅移3水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)天文觀測(cè)顯示，行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的，它們的近日點(diǎn)或遠(yuǎn)日點(diǎn)有進(jìn)動(dòng)行星繞太陽一周后，橢圓軌道的長(zhǎng)軸也隨之有一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，叫做“進(jìn)動(dòng)，這個(gè)效應(yīng)以離太陽最近的水星最為顯著，這與牛頓力學(xué)理論的計(jì)算結(jié)果有較大的偏向，而愛因斯坦的廣義相對(duì)論的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果非常接近，廣義相對(duì)論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所證實(shí)還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對(duì)論目前，廣義相對(duì)論已經(jīng)在宇宙構(gòu)造、宇宙演化等方面發(fā)揮了主要作用3下面說法符合廣義相對(duì)論的是A物質(zhì)的引力使光線彎曲B物質(zhì)的引力不能使光線彎曲C強(qiáng)引力場(chǎng)附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢D強(qiáng)引力場(chǎng)附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變快E恒星發(fā)出的光在太陽引力場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生彎曲【解析】觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了引力使光線彎曲的結(jié)論，A正確，B錯(cuò)誤；引力紅移的存在，證明了強(qiáng)引力場(chǎng)附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，C正確，D錯(cuò)誤；恒星發(fā)出的光在太陽引力場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生彎曲，E正確【答案】ACE4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)出的光在_引力場(chǎng)作用下發(fā)生了_【解析】根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論可知，光線在太陽引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)?/p>