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1、2013优化方案物理：15.4 广义相对论简介 课件（人教版选修3-4）第三第三节节狭狭义义相相对论对论的其他的其他结论结论第四第四节节广广义义相相对论简对论简介介课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练 第第四四节节广广义义相相对对论论简简介介课标课标定位定位学学习习目目标标：1.知道相知道相对论对论速度速度变换变换公式，相公式，相对论质对论质量和量和质质能方程能方程2了解广了解广义义相相对论对论的基本原理的基本原理3初步了解广初步了解广义义相相对论对论的几个主要的几个主要观观点以及主要点以及主要观测证观测证据据重点重点
2、难难点：狭点：狭义义相相对论对论的几个其他的几个其他结论结论和和质质能关能关系系课前自主学案课前自主学案一、狭一、狭义义相相对论对论的其他的其他结论结论1.相相对论对论速度速度变换变换公式公式(1)速度速度变换变换公式公式:设设在高速的火在高速的火车车上上,火火车对车对地面的地面的速度速度为为v,车车上的人以速度上的人以速度u沿火沿火车车前前进进的方向相的方向相对对火火车车运运动动,那么他相那么他相对对地面的速度地面的速度u_,如果如果车车上人的运上人的运动动与火与火车车的运的运动动方方向相反，向相反，则则他相他相对对于地面的速度于地面的速度u_.(2)结论结论:光速光速c是宇宙速度的是宇宙速
3、度的_,且相且相对对任何参考任何参考系系,光速都是光速都是_的的.极限极限不不变变2相相对论质对论质量量(1)经经典力学典力学:物体的物体的质质量是量是_的的,一定的力作用一定的力作用在物体上在物体上产产生的加速度生的加速度_,足足够长时间够长时间后物体可后物体可以达到以达到_的速度的速度.(2)相相对论对论:物体的物体的质质量随物体速度增大而量随物体速度增大而_.物体以速度物体以速度v运运动时动时的的质质量量m与与静止静止时时的的质质量量m0之之间间的关系是的关系是:m_,不不变变一定一定任意任意增大增大因因为总为总有有vc.可知运可知运动动物体的物体的质质量量m总总_它静它静止止时时的的质
4、质量量m0.3质质能方程能方程物体物体质质量量m与其与其蕴蕴含的能量含的能量E之之间间的关系是的关系是:_.大于大于Emc2二、广二、广义义相相对论简对论简介介1广广义义相相对对性原理性原理在任何参考系中在任何参考系中,物理物理规规律都是律都是_的的2等效原理等效原理一个一个_的引力的引力场场与一个与一个_的参考的参考系等价系等价3广广义义相相对论对论的几个的几个结论结论(1)物物质质的的_使光使光线线弯曲弯曲(2)引力引力场场的存在使空的存在使空间间不同位置的不同位置的_出出现现差差别别,引力引力场场越越强强,时间时间_.相同相同均匀均匀做匀加速运做匀加速运动动引力引力时间进时间进程程越慢越
5、慢核心要点突破核心要点突破例如例如:回旋加速器中被加速的粒子的回旋加速器中被加速的粒子的质质量会随粒子量会随粒子的加速明的加速明显显增加增加.导导致粒子致粒子圆圆周运周运动动的周期的周期变变大大.它它的运的运动动与加在与加在D形盒上的交形盒上的交变电压变电压不再同步不再同步.回旋回旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制.答案：答案：大于大于二、二、对质对质能方程的理解能方程的理解质质能方程表达了物体的能方程表达了物体的质质量和它所具有的能量的量和它所具有的能量的关系：一定的关系：一定的质质量量总总是和一定的能量相是和一定的能量相对应对应具体从以下几个方面
6、理解：具体从以下几个方面理解：1.静止物体的能量静止物体的能量为为E0m0c2,这这种能量叫做物体的种能量叫做物体的静静质质能能.每个有静每个有静质质量的物体都具有静量的物体都具有静质质能能.即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)21905年，年，爱爱因斯坦因斯坦创创立了立了“相相对论对论”,提出了著提出了著名的名的质质能方程能方程.下面涉及下面涉及对质对质能方程理解的几种能方程理解的几种说说法中正确的是法中正确的是()A若物体能量增大若物体能量增大,则则它的它的质质量增大量增大B若物体能量增大若物体能量增大,则则它的它的质质量减小量减小C若核反若核反应过应过程程质质量减小量
7、减小,则则需吸收能量需吸收能量D若核反若核反应过应过程程质质量增大量增大,则则会放出能量会放出能量解析：解析：选选A.由由Emc2，若，若E增大，增大，则则m增大；若增大；若E减小，减小，则则m减小，故减小，故A正确、正确、B错错若若m减小，减小，则则E减小；若减小；若m增大，增大，则则E增大，故增大，故C、D错错三、广三、广义义相相对论对论的几个的几个结论结论1.光光线线在引力在引力场场中偏中偏转转:根据广根据广义义相相对论对论,物物质质的引的引力会使光力会使光线线弯曲弯曲,引力引力场场越越强强,弯曲越弯曲越厉厉害害.通常物体通常物体的引力的引力场场都太弱都太弱,但太阳引力但太阳引力场场却能
8、引起光却能引起光线线比比较较明明显显的弯曲的弯曲.2.引力引力红红移移:按照广按照广义义相相对论对论,引力引力场场的存在使得空的存在使得空间间不同位置的不同位置的时间进时间进程出程出现现差差别别.例如例如,在在强强引力的引力的星球附近星球附近,时间进时间进程会程会变变慢慢,因此光振因此光振动动会会变变慢慢,相相应应的光的波的光的波长变长长变长、频频率率变变小小,光光谱线谱线会会发发生向生向红红光光一端移一端移动动的的现现象象.光光谱线谱线的的这这种移种移动动是在引力作用是在引力作用下下发发生的生的,所以叫所以叫“引力引力红红移移”.3.水星近日点的水星近日点的进动进动:天文天文观测显观测显示示
9、,行星的行星的轨轨道并道并不是不是严严格格闭闭合的合的,它它们们的近日点的近日点(或或远远日点日点)有有进动进动(行星行星绕绕太阳一周后太阳一周后,椭圆轨椭圆轨道的道的长轴长轴也随之有一点也随之有一点转动转动,叫做叫做“进动进动”),这这个效个效应应以离太阳最近的水星以离太阳最近的水星最最为显为显著著,这这与牛与牛顿顿力学理力学理论论的的计计算算结结果有果有较较大的大的偏差偏差,而而爱爱因斯坦的广因斯坦的广义义相相对论对论的的计计算算结结果与果与实验实验观观察察结结果十分接近果十分接近.广广义义相相对论对论所作出的以上所作出的以上预预言全部被言全部被实验观测实验观测所所证实证实.还还有其他一些
10、事有其他一些事实实也支持广也支持广义义相相对论对论.目前目前,广广义义相相对论对论已已经经在宇宙在宇宙结结构、宇宙演化等方面构、宇宙演化等方面发发挥挥主要作用主要作用.课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一质速关系的应用质速关系的应用例例例例1 1【答案答案】见见精精讲讲精析精析变变式式训练训练1一一观观察者察者测测出出电电子子质质量量为为2m0,求求电电子子速率是多少？速率是多少？(m0为电为电子静止子静止时时的的质质量量)答案：答案：0.866c类型二类型二质质能方程的能方程的应应用用电电子静止子静止时质时质量量为为9.11031kg,被加速器被加速器加速后加速后,其能量其能量为为1.281
11、09eV,问问加速后加速后电电子的子的质质量是多少量是多少?是静止是静止质质量的多少倍量的多少倍?【思路点思路点拨拨】电电子被加速后的能量是子被加速后的能量是电电子的子的总总能量能量,而不只是而不只是电电子具有子具有动动能能,满满足公式足公式Emc2.例例例例2 2【答案答案】2.281027kg2505倍倍【方法方法总结总结】明确物体明确物体质质能表达式能表达式Emc2的的含含义义是解是解题题的关的关键键.如果物体静止如果物体静止,则则E0m0c2,如如果此果此时时物体物体还还具有具有动动能能Ek,则则此此时时物体的能量物体的能量为为EE0Ekmc2,其中其中m为为物体运物体运动时动时的的质
12、质量量.变变式式训练训练2已知已知电电子的静止能量子的静止能量为为0.511 MeV,若若电电子的子的动动能能为为0.25 MeV,则则它所增加的它所增加的质质量量m与与静止静止质质量量m0的比的比值值近似近似为为()A0.1B0.2C0.5 D0.9 在适当的在适当的时时候候,通通过仪过仪器可以器可以观观察到太阳后面察到太阳后面的恒星的恒星,这说这说明星体明星体发发出的光出的光()A经经太阳太阳时发时发生了衍射生了衍射B可以穿透太阳及其他障碍物可以穿透太阳及其他障碍物C在太阳引力在太阳引力场场作用下作用下发发生了弯曲生了弯曲D经过经过太阳外的大气太阳外的大气层时发层时发生了折射生了折射类型三
13、类型三对对广广义义相相对论结论对论结论的理解的理解例例例例3 3【思路点思路点拨拨】依据广依据广义义相相对论对论中的引力中的引力场场中的中的光光线线弯曲考弯曲考虑虑【精精讲讲精析精析】根据根据爱爱因斯坦的广因斯坦的广义义相相对论对论可知可知,光光线线在太阳引力在太阳引力场场作用下作用下发发生了弯曲生了弯曲,所以可以在所以可以在适当的适当的时时候候(如日全食如日全食时时)通通过仪过仪器器观观察到太阳后面察到太阳后面的恒星的恒星,故故C正确正确,A、B、D均均错错【答案答案】C变变式式训练训练3以下以下说说法中，法中，错误错误的是的是()A矮星表面的引力很矮星表面的引力很强强B时钟时钟在引力在引力场场弱的地方比引力弱的地方比引力场场强强的地方走得的地方走得快些快些C在引力在引力场场越弱的地方，物体越弱的地方，物体长长度越度越长长D在引力在引力场场强强的地方，光的地方，光谱线谱线向向绿绿端偏移端偏移答案：答案：CD