202X_202X學(xué)年高中物理第15章相對論簡介第3節(jié)、第4節(jié)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、第十五章相對論簡介相對論簡介第三節(jié)第三節(jié) 狹義相對論的其他結(jié)論狹義相對論的其他結(jié)論第四節(jié)第四節(jié) 廣義相對論簡介廣義相對論簡介了解相對論速度變換公式了解相對論速度變換公式了解相對論質(zhì)量公式了解相對論質(zhì)量公式知道質(zhì)能方程知道質(zhì)能方程 了解廣義相對性原理和等效原理了解廣義相對性原理和等效原理了解廣義相對論的幾個結(jié)論了解廣義相對論的幾個結(jié)論1 1課前預(yù)習(xí)反饋課前預(yù)習(xí)反饋 2 2課內(nèi)互動探究課內(nèi)互動探究3 3核心素養(yǎng)提升核心素養(yǎng)提升4 4課內(nèi)課堂達(dá)標(biāo)課內(nèi)課堂達(dá)標(biāo)5 5課后課時作業(yè)課后課時作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 反反 饋饋狹義相對論的其他結(jié)論狹義相對論的其他結(jié)論uv 正正 負(fù)負(fù) 不變不變 相對論質(zhì)量相

2、對論質(zhì)量不變不變 一定一定 任意大的任意大的 3質(zhì)能方程質(zhì)能方程質(zhì)能方程：質(zhì)能方程：_。質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量m和它所具有的能量和它所具有的能量E之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。Emc2 1超越狹義相對論的思考超越狹義相對論的思考愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題：愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題：(1)引力問題：萬有引力理論無法納入引力問題：萬有引力理論無法納入_的框架；的框架；(2)非慣性系問題：狹義相對論只適用于非慣性系問題：狹義相對論只適用于_。它們是促成廣義。它們是促成廣義相對論的前提。相對論的前提。2廣義相對性原理和等效原理廣義相對性原理和等效原理(

3、1)廣義相對性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是廣義相對性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是_的。的。(2)等效原理：一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系等效原理：一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系_。廣義相對論簡介廣義相對論簡介狹義相對論狹義相對論 慣性參考系慣性參考系 相同相同 等價等價 3廣義相對論的幾個結(jié)論廣義相對論的幾個結(jié)論(1)光線經(jīng)過強(qiáng)引力場發(fā)生光線經(jīng)過強(qiáng)引力場發(fā)生_；(2)引力紅移：引力場的存在使得空間不同位置的引力紅移：引力場的存在使得空間不同位置的_進(jìn)程出現(xiàn)了差進(jìn)程出現(xiàn)了差別。而使矮星表面原子發(fā)光頻率別。而使矮星表面原子發(fā)光頻率_。彎曲彎曲 時間時間 偏低偏低

4、 判一判判一判(1)物體的質(zhì)量發(fā)生變化時，能量一定發(fā)生變化。物體的質(zhì)量發(fā)生變化時，能量一定發(fā)生變化。()(2)質(zhì)量是物體的固有屬性，因此在任何情況下都不會發(fā)生改變。質(zhì)量是物體的固有屬性，因此在任何情況下都不會發(fā)生改變。()(3)只有運(yùn)動物體才具有能量，靜止物體沒有能量。只有運(yùn)動物體才具有能量，靜止物體沒有能量。()(4)愛因斯坦質(zhì)能方程違反了質(zhì)量守恒定律。愛因斯坦質(zhì)能方程違反了質(zhì)量守恒定律。()(5)愛因斯坦在狹義相對論中就解決了非慣性系的問題和引力的問題。愛因斯坦在狹義相對論中就解決了非慣性系的問題和引力的問題。()(6)教材中相對論速度變換公式適用于一切運(yùn)動形式。教材中相對論速度變換公式適

5、用于一切運(yùn)動形式。()選一選選一選如圖所示，雞蛋和乒乓球都靜止在地面上，關(guān)于二者所具有的能量關(guān)系，如圖所示，雞蛋和乒乓球都靜止在地面上，關(guān)于二者所具有的能量關(guān)系，下列說法中正確的是下列說法中正確的是()A雞蛋大雞蛋大B乒乓球大乒乓球大C一樣大一樣大 D無法進(jìn)行比較無法進(jìn)行比較解析：解析：物體所具有的能量和其質(zhì)量有關(guān)，根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量越大，所具物體所具有的能量和其質(zhì)量有關(guān)，根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量越大，所具有的能量越大，所以雞蛋具有的能量大于乒乓球具有的能量。有的能量越大，所以雞蛋具有的能量大于乒乓球具有的能量。A想一想想一想愛因斯坦提出狹義相對論后，為什么還要提出廣義相對論？愛因斯坦提出狹義相對論

6、后，為什么還要提出廣義相對論？答案：答案：愛因斯坦提出狹義相對論后，遇到了狹義相對論無法解決的兩個問愛因斯坦提出狹義相對論后，遇到了狹義相對論無法解決的兩個問題：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。為了解決這兩個問題，愛因斯坦又向前邁進(jìn)一大步，提出了廣有特殊的地位。為了解決這兩個問題，愛因斯坦又向前邁進(jìn)一大步，提出了廣義相對論。義相對論。課課 內(nèi)內(nèi) 互互 動動 探探 究究當(dāng)粒子回旋加速器把粒子加速到一定速度時，粒子在回旋加速器中就不能當(dāng)粒子回旋加速器把粒子加速到一定速度時，粒子在回旋加

7、速器中就不能再加速了再加速了(即使回旋加速器足夠大即使回旋加速器足夠大)，試解釋其原因。，試解釋其原因。探究一狹義相對論的其他結(jié)論探究一狹義相對論的其他結(jié)論提示：提示：回旋加速器的工作原理是利用電子在磁場中運(yùn)動一個周期的時間跟回旋加速器的工作原理是利用電子在磁場中運(yùn)動一個周期的時間跟所加電場的周期相同，而當(dāng)粒子的速度接近光速時，其質(zhì)量改變非常明顯，使所加電場的周期相同，而當(dāng)粒子的速度接近光速時，其質(zhì)量改變非常明顯，使粒子在磁場中運(yùn)動的周期改變，從而和電場的周期不同步，進(jìn)入電場后不能達(dá)粒子在磁場中運(yùn)動的周期改變，從而和電場的周期不同步，進(jìn)入電場后不能達(dá)到加速的目的。到加速的目的。2vc時，近似地

8、時，近似地mm0。3微觀粒子的運(yùn)動速度很高，它的質(zhì)量明顯地大于光子質(zhì)量。例如回旋加微觀粒子的運(yùn)動速度很高，它的質(zhì)量明顯地大于光子質(zhì)量。例如回旋加速器中被加速的粒子質(zhì)量會變大，導(dǎo)致做圓周運(yùn)動的周期變大后，它的運(yùn)動與速器中被加速的粒子質(zhì)量會變大，導(dǎo)致做圓周運(yùn)動的周期變大后，它的運(yùn)動與加在加在D形盒上的交變電壓不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制。形盒上的交變電壓不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制。特別提醒：特別提醒：(1)不能把質(zhì)量和能量混為一談，不能認(rèn)為質(zhì)量消失了，只剩下不能把質(zhì)量和能量混為一談，不能認(rèn)為質(zhì)量消失了，只剩下能量在轉(zhuǎn)化，更不能認(rèn)為質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)變。能量在轉(zhuǎn)化

9、，更不能認(rèn)為質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)變。(2)在一切過程中，質(zhì)量和能量是分別守恒的，只有在微觀粒子的裂變和聚在一切過程中，質(zhì)量和能量是分別守恒的，只有在微觀粒子的裂變和聚變過程中，有質(zhì)量虧損的情況下，才會有質(zhì)能方程的應(yīng)用，即變過程中，有質(zhì)量虧損的情況下，才會有質(zhì)能方程的應(yīng)用，即Emc2。對點(diǎn)訓(xùn)練對點(diǎn)訓(xùn)練1設(shè)想有一艘飛船以設(shè)想有一艘飛船以v0.8c的速度在地球上空飛行，如果的速度在地球上空飛行，如果這時從飛船上沿其運(yùn)動方向拋出一物體，該物體相對于飛船的速度為這時從飛船上沿其運(yùn)動方向拋出一物體，該物體相對于飛船的速度為0.9c，從地，從地面上的人看來，物體的速度為面上的人看來，物體的速度為()A1.7

10、cB0.1cC0.99c D無法確定無法確定C北京時間北京時間2010年年11月月16日凌晨日凌晨1時時30分，美國國家航空航天局分，美國國家航空航天局(NASA)宣布宣布該局發(fā)射的該局發(fā)射的“錢德拉錢德拉”X射線太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個黑洞。你知道射線太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個黑洞。你知道“黑洞黑洞”是是如何形成的嗎？如何形成的嗎？提示：提示：黑洞是質(zhì)量非常大的天體，引起了周圍的時空彎曲，以致于光也不黑洞是質(zhì)量非常大的天體，引起了周圍的時空彎曲，以致于光也不能從黑洞中射出，從而形成了黑洞。能從黑洞中射出，從而形成了黑洞。探究二廣義相對論的幾個結(jié)論探究二廣義相對論的幾個結(jié)論1光線在引力場中彎曲光線在引力

11、場中彎曲根據(jù)廣義相對論，物質(zhì)的引力會使光線彎曲，引力場越強(qiáng)，彎曲越厲害。根據(jù)廣義相對論，物質(zhì)的引力會使光線彎曲，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。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間進(jìn)程出現(xiàn)差別。按照廣義相對論，引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別。例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢，因此光振動會變慢，相應(yīng)的光例如，在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢，因此光振動會變慢，相應(yīng)的光的波長變長、頻率變小，光譜線會發(fā)生向紅光一端移動的現(xiàn)象

12、。光譜線的這種的波長變長、頻率變小，光譜線會發(fā)生向紅光一端移動的現(xiàn)象。光譜線的這種移動是在引力作用下發(fā)生的，所以叫移動是在引力作用下發(fā)生的，所以叫“引力紅移引力紅移”。廣義相對論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測所證實(shí)。還有其他一些事實(shí)廣義相對論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測所證實(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)揮了重要作用。了重要作用。 在適當(dāng)?shù)臅r候，通過儀器可以觀察到太陽后面的恒星，這在適當(dāng)?shù)臅r候，通過儀器可以觀察到太陽后面的恒星，這說明星體發(fā)出的光說明星體發(fā)出的光()A經(jīng)太

13、陽時發(fā)生了衍射經(jīng)太陽時發(fā)生了衍射B可以穿透太陽及其他障礙物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發(fā)生了折射經(jīng)過太陽外的大氣層時發(fā)生了折射解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)：光線在引力場中發(fā)生彎曲。光線在引力場中發(fā)生彎曲。C解析：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候彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r候(如日全食時如日全食時)通過儀器觀察到太陽后面的恒星，故通過儀器觀察到太陽后面的恒星，故C正確，正確，A、B、D均錯。均錯。對點(diǎn)訓(xùn)練對點(diǎn)訓(xùn)練2如果你以接近于光速的速度朝一星體飛行如果你以接