2019-2020年高中物理《6.4-5 相对论的速度变换公式　质能关系　广义相对论点滴》学案 教科版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理《6.4-5相对论的速度变换公式　质能关系　广义相对论点滴》学案教科版选修3-4[学习目标定位]　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.初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据．回旋加速器的工作原理：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期T＝，因粒子的q不变、质量，所以周期T，与轨道半径和速度无关；使高频交变电场的周期和粒子运动周期，就会使粒子每次经过电场时都会被加速，动能一次次，获得的最大速度vmax＝.1．相对论的速度变换公式设高速行驶的火车相对地面的

2、速度为u，车上的人以速度v′沿火车运动的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度为v＝，若车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则v′取；若v′＝c，则代入上式得出v＝，即光速是宇宙速度的，且相对任何参考系，光速都是的．2．相对论的质量：物体的质量随物体速度的增加而物体以速度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v

3、对性原理在中物理规律都是的．(2)等效原理一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的是等效的．一、相对论的速度变换[问题设计]一列火车正以v＝50m/s的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u′＝5m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u＝v＋u′＝55m/s.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0.9c＋0.5c＝1.4c吗？[要点提炼]1．公式：设高速行驶的火车对地面的速度为v，车上的人相对火车以速度u′运动，那么人相对地面的速度为u.2．对公式的理解假设高速火车对地面的

4、速度为v，车上的一高速粒子以速度u′沿火车前进的方向相对火车运动，那么此粒子相对于地面的速度u为u＝.(1)若粒子运动方向与火车运动方向相反，则u′取值．(2)如果v≪c，u′≪c时，可忽略不计，这时相对论的速度变换公式可近似为.(3)若u′＝c，v＝c，则u＝c，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．(5)光速c是宇宙速度的，且相对任何参考系，光速都是的．二、相对论质量和能量[问题设计]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

5、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？[要点提炼]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)相对论：物体的质量随物体速度的而①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＝.②因为总有v

6、中m是，E是[延伸思考]有人根据E＝mc2得出结论：质量可以转化为能量，能量可以转化为质量，这种说法对吗？三、广义相对论点滴[问题设计]1．在一个全封闭的宇宙飞船中，若飞船静止，宇航员将一小球自由释放，小球将怎样运动？假如没有引力场，飞船加速上升，宇航员将小球自由释放，小球相对飞船会怎样运动？宇航员能否根据“小球的加速下落”判断飞船是静止在一个引力场中，还是正处在一个没有引力场而正加速上升的过程中？[要点提炼]1．广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在中物理规律都是一样的．(2)等效原理：一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用

7、的是等效的．2．广义相对论的几个结论(1)光线在引力场中(2)引力场的存在使得空间不同位置的出现差别(引力红移)．一、相对论速度变换公式例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．二、对质能方程的理解例2　下列关于爱因斯坦质能方程的说法中，正确的是(　　)A．只有运动的物体才具有质能，静止的物体没有质能B．一定的质量总是和一定的能量相对应C．E＝mc2中能量E其实就是物体的内能D．由ΔE＝Δmc2知质量与能量

8、可以相互转化三、广义相对论的几个结论例3　在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光(　　)A．经太阳时发生了衍射B．可以穿透太阳及其他障碍物C．在太阳引力场作用下发