1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-4 第十五章 相对论简介成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 相对论简介 第十五章 第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 第三节 狭义相对论的其他结论第四节 广义相对论简介第十五章 第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 6第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 学习目标定位第十五章 第三、四节成才之路 高
2、中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 了解相对论速度变换公式了解相对论质量公式知道质能方程了解广义相对性原理和等效原理了解广义相对论的几个结论第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 课堂情景切入第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 北京时间 2010 年 11 月 16 日凌晨 1 时 30 分，美国国家航空航天局(NASA)宣布该局发射的“钱德拉”X 射线太空望远镜发现了一个黑洞。这个黑洞质量大约是太阳的 5 倍，其特别之处在于：它是人类历史上发现的最年轻的黑洞，仅仅 31 岁。广义相对论预言：黑洞中心是一
3、个“奇点”，所有的物质都集中在这个点上，密度因而是无限大。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 知识自主梳理第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 1相对论速度变换公式设车对地的速度为v，人对车的速度为u，车上人相对于地面的速度为u，经典的时空观：u_。狭义相对论的其他结论uv第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 2相对论的速度变换公式(1)_如果车上人运动方向与车运动方向相同，u取_值，如果车上人运动方向与车运动方向相反，u取_值。(2)结论：光速c是宇宙万物速度的极限，且相
4、对于任何参考系都是_的。u uv1uvc2正负不变第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 1经典力学物体的质量是_的，一定的力作用在物体上，产生的加速度也是_的，足够长的时间以后物体就可以达到_速度。相对论质量2相对论情况下物体的质量随其速度的增大而增大。物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0的关系式为：_。不变一定任意大的mm01vc2第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 3质能方程质能方程：_。质能方程表达了物体的质量m和它所具有的能量E之间的关系。Emc2第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导
5、 人教版 物理 选修3-4 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_论的框架；(2)非惯性系问题：狭义相对论只适用于_。它们是促成广义相对论的前提。广义相对论简介狭义相对惯性参考系第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 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_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_。3广义相对论的几个结论(1)光线经过强引力场发生_；(2)引力红移：引力场的存在使得空间不同位置的_进程出现了差别。而使矮星表面原子发光
6、频率_。相同等价弯曲时间偏低第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 重点难点突破第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 一、对相对论速度变换公式uuv1uv/c2的理解1当uc时，不论v有多大，总有uc，这表明，在不同参考系中观察，光速都是相同的，这与相对论的第二个假设光速不变原理相一致。2对于速度远小于光速的情形，uc，uc，这时uvc2可以忽略不计，相对论的速度变换公式可以近似变为uuv。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。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教
7、版 物理 选修3-4 二、相对论质量相对论中质量和速度的关系为mm01vc2。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。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 2vc时，近似地mm0。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。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人
8、教版 物理 选修3-4 三、质能方程1爱因斯坦质能方程：Emc2。质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系，即一定的质量总是和一定的能量相对应。2对于一个以速率v运动的物体，其总能量为动能与静质能之和，即EEkE0，其中静质能E0m0c2。爱因斯坦质能方程为开创原子能时代提供了理论基础。当物体静止时，它本身蕴含着一份很大的能量。如m01kg，其静止能量E091016J。而我们通常所利用的物体的动能仅仅是mc2和m0c2之差，即EkEE0第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 特别提醒：1不能把质量和能量混为一谈，不能认为质量消失了，只剩下能量在转化，
9、更不能认为质量和能量可以相互转变。2在一切过程中，质量和能量是分别守恒的，只有在微观粒子的裂变和聚变过程中，有质量亏损的情况下，才会有质能方程的应用，即Emc2。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 如图所示，鸡蛋和乒乓球都静止在地面上，关于二者所具有的能量关系，下列说法中正确的是()A鸡蛋大 B乒乓球大C一样大D无法进行比较答案：A第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 解析：物体所具有的能量和其质量有关，根据质能方程，质量越大，所具有的能量越大，所以鸡蛋具有的能量大于乒乓球具有的能量。第十五章 第三、四节成才之路
10、 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 考点题型设计第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 相对论质量太阳每时每刻进行着热核反应，释放的核能以热辐射的形式放出。由地面接收到的太阳辐射为1.7103 W/m2，可以推知太阳的辐射功率 Et 为多大，并计算出太阳质量的年损失量为多少？(地球到太阳的距离为1.51011m)第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 解析：由于地球的接收面积为R2，而地球所在处对应于太阳辐射的球面面积为4r2。Et4r2P03.144(1.51011)21.7103W4.81026W，则
11、每秒损失质量为mEc2 4.8102631082 kg5.341010 kg，年损失的质量为mt5.341010365243 600 kg1.71018 kg。答案：4.81026 W 1.71018 kg点评：本题需要理解爱因斯坦质能方程，并用它解决实际问题。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，都被加速到接近光速；在我们的静止参考系中进行测量，哪辆车的质量将增大？()A摩托车B有轨电车C两者都增加D都不增加答案：B第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 解析：在相对
12、论中，普遍存在一种误解，即认为运动物体的质量总是随速度增加而增大；当速度接近光速时，质量要趋于无穷大。正确的理解是：物体质量增大只是发生在给它不断输入能量的时候，而不一定是增加速度的时候。对有轨电车，能量通过导线，从发电厂源源不断输入；而摩托车的能量却是它自己带来的。能量不断从外界输入有轨电车，但没有能量从外界输给摩托车。能量与质量相对应，所以有轨电车的质量将随速度增加而增大，而摩托车的质量不会随速度的增加而增大。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 以下说法中，错误的是()A矮星表面的引力很强B在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些C在引力场越
13、弱的地方，物体长度越长D在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移解析：因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星表面引力很强，故选项A正确；根据广义相对论的结论可知，引力场越强，时间进程越慢，故选项B正确，C错误；在引力场强的地方光谱线向红端偏移称为引力红移，故选项D错误。答案：CD广义相对论的几个结论第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 下列说法中正确的是()A在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理B在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿定律仅适用于惯性参考系C一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理D一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理答案：AD第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 解析：根据广义相对性原理和等效原理可知，选项A、D正确，C错误；根据狭义相对论两个基本假设可知，选项B错误。第十五章 第三、四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-4 课 时 作 业（点此链接）