2012优化方案物理：15.4-广义相对论简介-课件(人教版选修3-4)

2012优化方案物理：15.4广义相对论简介课件（人教版选修3-4）第三节狭义相对论的其他结论第四节广义相对论简介课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练第四节广义相对论简介课标定位学习目标：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．重点难点：狭义相对论的几个其他结论和质能关系．课前自主学案一、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＝____________,u′＋v1＋u′vc2如果车上人的运动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(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.极限不变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＝__________,不变一定任意增大m01－vc2因为总有vc.可知运动物体的质量m总______它静止时的质量m0.3．质能方程物体质量m与其蕴含的能量E之间的关系是:__________.大于E＝mc2二、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______.相同均匀做匀加速运动引力时间进程越慢核心要点突破一、对质速关系式m＝m01－vc2的理解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.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.即时应用(即时突破，小试牛刀)1.经过严格的证明,物体有静止质量m0和运动的质量m,它们之间有如下关系:m＝m01－vc2从上式可以看出,当物体(一般是粒子)的速度很大时,其运动时的质量明显________静止时的质量．答案：大于二、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]．4．由质能关系式可知ΔE＝Δmc2.即时应用(即时突破，小试牛刀)2．1905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；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．三、广义相对论的几个结论1.光线在引力场中偏转: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”.3.水星近日点的进动:天文观测显示,行星的轨道并不是严格闭合的,它们的近日点(或远日点)有进动(行星绕太阳一周后,椭圆轨道的长轴也随之有一点转动,叫做“进动”),这个效应以离太阳最近的水星最为显著,这与牛顿力学理论的计算结果有较大的偏差,而爱因斯坦的广义相对论的计算结果与实验观察结果十分接近.广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所证实.还有其他一些事实也支持广义相对论.目前,广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥主要作用.课堂互动讲练质速关系的应用例1某人测得一静止棒长为l,质量为m,于是求得此棒线密度为ρ.(1)假定此棒以速度v在棒长方向上运动,此人再测棒的线密度应为多少？(2)若棒在垂直长度方向上以速度v运动,它的线密度又是多少？(线密度ρ＝ml)【精讲精析】(1)当棒沿棒长方向运动时棒的长度变小,质量变大.m′＝m1－vc2，l′＝l1－vc2，ρ′＝m′l′＝ml·11－vc2＝ρ1－vc2.(2)当棒在垂直长度方向上运动时,棒的长度不变,质量变大.m″＝m1－vc2，l″＝l，所以ρ″＝ρ1－vc2【答案】见精讲精析【方法总结】本题除了相对论质量外还涉及到长度的相对性.线密度ρ＝ml,当棒沿棒长方向运动时,m、l都发生变化,这时要通过推算来解决,考虑问题时不能漏了m或l的变化.当棒沿垂直长度方向运动时,只有m发生变化.变式训练1一观察者测出电子质量为2m0,求电子速率是多少？(m0为电子静止时的质量)解析：m＝2m0，代入质量公式m＝m01－vc2，可得2m0＝m＝m01－vc2，解得v＝32c＝0.866c.答案：0.866c质能方程的应用电子静止时质量为9.1×10－31kg,被加速器加速后,其能量为1.28×109eV,问加速后电子的质量是多少?是静止质量的多少倍?【思路点拨】电子被加速后的能量是电子的总能量,而不只是电子具有动能,满足公式E＝mc2.例2【自主解答】由E＝mc2可得m＝Ec2＝1.28×109×1.6×10－193×1082kg＝2.28×10－27kg∴mm0＝2.28×10－279.1×10－31＝2505.【答案】2.28×10－27kg2505倍【方法总结】明确物体质能表达式E＝mc2的含义是解题的关键.如果物体静止,则E0＝m0c2,如果此时物体还具有动能Ek,则此时物体的能量为E＝E0＋Ek＝mc2,其中m为物体运动时的质量.变式训练2已知电子的静止能量为0.511MeV,若电子的动能为0.25MeV,则它所增加的质量Δm与静止质量m0的比值近似为()A．0.1B．0.2C．0.5D．0.9解析：选C.由题意E＝m0c2即：m0c2＝0.511×106×1.6×10－19J①ΔE＝Δmc2即：Δmc2＝0.25×106×1.6×10－19J②由②①得Δmm0＝0.250.511≈0.5故只有C项正确．在适当的时候,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生了弯曲D．经过太阳外的大气层时发生了折射对广义相对论结论的理解例3【思路点拨】依据广义相对论中的引力场中的光线弯曲考虑．【精讲精析】根据爱因斯坦的广义相对论可知,光线在太阳引力场作用下发生了弯曲,所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星,故C正确,A、B、D均错．【答案】C变式训练3以下说法中，错误的是()A．矮星表面的引力很强B．时钟在引力场弱的地方比引力场强的地方走得快些C．在引力场越弱的地方，物体长度越长D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移答案：CD