山东省专用2018-2019学年高中物理第十五章相对论简介第34节狭义相对论的其他结论广义相对论简介讲义含解析新人教版选修3

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1、第3、4节狭义相对论的其他结论广义相对论简介1.光速是宇宙速度的极限，相对任何参考系光速都是一样的。2．物体的质量随物体速度的增大而增大，质能方程：E＝mc2。3．广义相对论的基本原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的；一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。4．广义相对论的结论：光线在引力场中偏转；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差。一、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式(1)公式：设高速行驶的火车的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度u为u＝。(

2、2)结论：光速c是宇宙速度的极限，且相对任何参考系，光速都是一样的。2．相对论质量(1)经典力学：物体的质量是不变的，一定的力作用在物体上产生一定的加速度，足够长时间后物体可以达到任意的速度。(2)相对论：物体的质量随物体速度的增大而增大。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＜c，可知运动物体的质量m总要大于它静止时的质量m0。3．质能方程E＝mc2。二、广义相对论简介1．超越狭义相对论的思考爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：(1)引力问题：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架

3、。(2)非惯性系问题：狭义相对论只适用于惯性参考系。它们是促成广义相对论的前提。2．广义相对性原理和等效原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的。(2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。3．广义相对论的几个结论(1)光线经过强引力场发生弯曲。(2)引力红移：引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现了差别。而使矮星表面原子发光频率偏低。1．自主思考——判一判(1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质能。(×)(2)一定的质量总是和一定的能量相对应。(√)(3)E＝mc2中能量E

4、其实就是物体的内能。(×)(4)狭义相对论适用于任何参考系。(×)2．合作探究——议一议爱因斯坦提出狭义相对论后，为什么还要提出广义相对论？提示：爱因斯坦提出狭义相对论后，遇到了狭义相对论无法解决的两个问题：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架；惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位。为了解决这两个问题，爱因斯坦又向前迈进了一大步，提出了广义相对论。对质能方程的理解1．相对论质量相对论中质量和速度的关系为m＝。理解这个公式时请注意：(1)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。这个关系式称

5、为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大而增大。(2)v≪c时，近似地m＝m0。(3)微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于光子质量。例如回旋加速器中被加速的粒子质量会变大，导致做圆周运动的周期变大后，它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制。2．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，这种能量叫做物体的静质能。每个有静质量的物体都具有静质能。(2)对于一个

6、以速率v运动的物体，其动能Ek＝m0c2。(3)物体的总能量E为动能与静质能之和，即E＝Ek＋E0＝mc2(m为动质量)。(4)由质能关系式可知ΔE＝Δmc2。[典例]　一匀质矩形薄板，在它静止时测得其长度为a，宽为b，质量为m0，由此可算得其面积密度为ρ＝。假定该薄板沿长度方向以接近光速的速度v做匀速直线运动，此时再测算该矩形薄板的面积密度为多少？[解析]　由相对论长度公式a′＝a；相对论质量m＝所以ρ′＝＝＝。[答案]　(1)质能方程没有“质能转化”的含义，质能方程只反映质量和能量在量值上的关系，二者不能相互转化。对一

7、个封闭系统而言，质量是守恒的，能量也是守恒的。(2)在物质反应和转化过程中，物质的存在形式发生变化，能量的形式也发生变化，但质量并没有转化为能量。质量和能量都表示物质的性质，质量描述惯性和引力性，能量描述系统的状态。　　　　1．1905年，爱因斯坦创立了“相对论”，提出了著名的质能方程。下面涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是(　　)A．若物体能量增大，则它的质量增大B．若物体能量增大，则它的质量减小C．若核反应过程质量减小，则需吸收能量D．若核反应过程质量增大，则会放出能量解析：选A　由E＝mc2，若E增大，则m增大；

8、若E减小，则m减小，故A正确、B错；若m减小，则E减小；若m增大，则E增大，故C、D错。2．[多选]关于物体的质量，下列说法正确的是(　　)A．在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的B．在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化C．在相对论力学中，物体静止时的质量最小D．在相对论力学中，物体的质量随物