15.3 狭义相对论的其他结论 课件 人教版选修3-4解析

第三节狭义相对论的其他结论第四节广义相对论简介第十五章相对论简介新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介新知初探自主学习一、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式(1)速度变换公式：设在高速的火车上，火车对地面的速度为v,车上的人以速度u′沿火车前进的方向相对火车运动,那么他相对地面的速度u＝___________，如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则他相对于地面的速度u＝____________.u′＋v1＋u′vc2－u′＋v1＋－u′vc2新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介(2)结论：光速c是宇宙速度的______，且相对任何参考系，光速都是_____的．2．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_____，足够长时间后物体可以达到______的速度．(2)相对论：物体的质量随物体速度增大而______．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：m＝____________，因为总有vc.可知物体运动时的质量m总______它静止时的质量m0.极限不变不变一定任意增大m01－vc2大于新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介3．质能方程物体质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：_________.二、广义相对论简介1．广义相对性原理在任何参考系中，物理规律都是______的．2．等效原理一个_____的引力场与一个______________的参考系等价．3．广义相对论的几个结论(1)物质的______使光线弯曲．(2)引力场的存在使空间不同位置的__________出现差别，引力场越强，时间越_____．E＝mc2相同均匀做匀加速运动引力时间进程慢新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介要点探究讲练互动要点一对相对论速度变换公式的理解相对论认为，如果一列沿平直轨迹高速运行的火车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对于火车运动，那么这个人相对于地面的速度u＝u′＋v1＋u′v/c2，对这一个公式作以下几点说明：1．如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反，u′取负值．2．如果v≪c、u′≪c，这时u′vc2可以忽略不计，这时的速度合成公式就是经典的伽利略公式：u＝u′＋v.3．如果u′和v的方向垂直或成其他任意角度，公式不成立，只适用于一条直线上．新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108m/s从他身边飞过，另一飞船以速度2.0×108m/s与A反向飞行．求：(1)A上的乘客看到B的速度是多少？(2)B上的乘客看到A的速度是多少？【思路点拨】运用相对论速度变换公式解决问题．例1新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介【答案】(1)2.9×108m/s(2)2.9×108m/s【题后反思】必须把公式中涉及的三个速度的对应关系找清楚．【解析】(1)取A飞行的方向为正，A上的乘客看到地面的速度为u′＝－2.5×108m/s，B相对地面的速度v＝－2.0×108m/s则A上的乘客看B的速度为：u＝u′＋v1＋u′v/c2＝－2.5×108－2.0×1081＋－2.5×108×－2.0×1083×1082m/s＝－2.9×108m/s.(2)同理B看A的速度大小为2.9×108m/s.新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介要点二对质速关系式的理解1．质速关系式m＝m01－vc2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．这个关系式表明：物体的质量会随物体速度的增大而增大．2．v≪c时，vc2＝0，此时有m＝m0，也就是说：低速运动的物体，可认为其质量与物体运动状态无关．新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介3．微观粒子的速度很高，因此粒子运动的质量明显大于静质量．例如：回旋加速器中被加速的粒子的质量会随粒子的加速明显增加．导致粒子圆周运动的周期变大．它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步．回旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制．新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介(1)人造卫星以第一宇宙速度(约8km/s)运动，其运动时的质量是静质量的多少倍？(2)星际火箭以0.8c的速度飞行，其运动时的质量为静止时的多少倍？【思路点拨】物体的质量会随着速度的增大而增大．例2新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介【题后反思】在v≪c时，可以认为质量是不变的，但v接近光速时m的变化是一定要考虑的．【解析】(1)c＝3×108m/s，vc＝8×1033×108，则v2c2＝7.1×10－10.由m＝m0/1－vc2，得mm0＝1.00000000035.(2)设星际火箭的静止质量为m0，其运动时的质量由公式得：m＝m01－vc2＝m01－0.82＝53m0.【答案】(1)1.00000000035(2)53新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介要点三对质能方程的理解质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应．具体从以下几个方面理解：1．静止物体的能量为E0＝m0c2.2．对于一个以速率v运动的物体，其能量为：E＝mc2＝m0c21－vc2.3．静质量为m0、速率为v的物体的动能为：Ek＝E－E0＝m0c2[11－vc2－1]．当v≪c时，由数学知识可得：Ek≈12m0v2.新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介4．如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化ΔE＝Δmc2，这个方程常应用在核能的开发和利用上．如果系统的质量亏损为Δm，就意味着有ΔE的能量释放．新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介现在有一个静止的电子，被电压为107V的电场加速后，质量增大了多少？其质量为多少？(m0＝9.1×10－31kg，c＝3×108m/s)例3【解析】由动能定理，加速后电子增加的动能为：ΔEk＝eU＝1.6×10－19×107J＝1.6×10－12J由ΔEk＝Δmc2得电子增加的质量为：Δm＝ΔEkc2＝1.6×10－123×1082kg＝1.78×10－29kg此时电子的质量为：m＝m0＋Δm＝(9.1×10－31＋1.78×10－29)kg＝1.871×10－29kg新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介【答案】1.78×10－29kg1.871×10－29kg【规律总结】(1)质量发生明显变化，经典动能公式就不成立了．(2)物体的动能增加时，物体对应的质量也增大，此时可以根据Δm＝ΔEkc2求出物体增加的质量．新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介要点四广义相对论的几个结论1．光线在引力场中弯曲：根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越厉害．通常物体的引力场都太弱，但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲．2．引力红移：按照广义相对论，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，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象．光谱线的这种移动是在引力作用下发生的，所以叫“引力红移”．新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介下列说法中正确的是()A．物体的引力使光线弯曲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】根据广义相对论知，光线弯曲是引力的作用，故A正确B错误；强引力使时间进程变慢，光振动的周期变大，频率变小，波长变长，光谱线出现红移现象，故C、D正确．【答案】ACD例4新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介知能演练轻松闯关新知初探自主学习要点探究讲练互动知能演练轻松闯关第十五章相对论简介本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放