1、1新情境激趣引航如图所示，小河中流水的速度是3 m/s，小船顺流而下，由于划船，它相对于水的速度是1 m/s，那么船相对于河岸的速度是多少？假设水流的速度是0.7c(c为真空中的光速)，而小船相对于水的划行速度是0.3c，还能怎样求船相对于河岸的速度吗？这节课我们探讨这类问题2新知识预习探索学习目标 1.能记住相对论速度变换公式，相对论质量和质能方程2.初步了解广义相对论的基本原理3.知道广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据新知预习一、狭义相对论的其他结论1相对论速度变换公式设车对地面的速度为v.人对车的速度为u，车上人相对于地面的速度为u.(1)经典的时空观：uuv.(2)相对论的速度变
2、换公式：u uv1uvc2.如果车上人运动方向与车运动方向相同，u取正值，如果车上人运动方向与车运动方向相反，u取负值如果u和v的方向垂直或成其他任意角度，公式不成立，只适用于两者方向在一条直线上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，产生的加速度也是一定的，足够长的时间以后物体就可以达到任意速度(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：mm01vc2.3质能方程质量方程：Emc2.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
3、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(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问题探索想一想问题 爱因斯坦提出狭义相对论后，为什么还要提出广义相对论呢？提示：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
4、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.3新课堂互动探究 知识点一对质能方程的理解重点聚焦质能方程表达了物体的质量和它所具有能量的关系：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E0m0c2，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，其动能Ekm0c211v2c21.在vc时，Ek12m0v2.这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也能让我们看出，牛顿力学是相对论力学的在低速情况下的特例3物体的总能量E为动能与静质能之和，即EEkE0mc2(m为动质量)4
5、由质能关系式可知Emc2.特别提醒物体的动能增加时，物体对应的质量也增大，此时可以根据mEkc2 求出物体增加的质量典例精析 现在有一个静止的电子，被电压为107 V的电场加速后，质量增大了多少？其质量为多少？(m09.11031 kg，c3108m/s)【解析】由动能定理，加速后电子增加的动能为：EkeU1.61019107 J1.61012 J，由Ekmc2得电子增加的质量为：mEkc2 1.6101231082 kg1.781029 kg，此时电子的质量为：mm0m(9.110311.781029)kg1.8711029kg.【答案】1.781029 kg 1.8711029 kg【方法
6、归纳】解答此题应把握以下三点：(1)由动能定理求出被加速后电子增加的动能(2)根据质能方程求出被加速后增加的质量(3)由静止量和增加的质量求出加速后的质量跟踪练习1一个原来静止的电子，经过100 V的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？此时还能否使用经典的动能公式？(m09.11031 kg)【解析】由动能定理得：EkeU1.61019100 J1.61017 J根据质能方程：Emc2得：mEkc2，质量的改变是原来的：mm0 Ekm0c21.61017 J9.1103131082 J0.02%上述计算表明，加速后的电子还属于低速的，可以使用经典的动能公式加速后的速度为v
7、2Ekm0 21.610179.11031 m/s5.9106 m/s.【答案】1.61017 J 0.02%5.9106 m/s 可以使用经典动能公式知识点二广义相对论的基本原理重点聚焦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)光线在引力场中偏转：根据广义相对论，物体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.1919年5月29日几内亚湾和巴西的日全食的观测结果验证了此结果(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
8、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)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(4)时间间隔与引力场有关，引力场的存在使得空间不同位置时间进程出现差别(5)杆的长度与引力场有关空间不是均匀的，引力越大的地方，长度越小特别提醒在任何参考系中(包括非惯性系)物理规律都是相同的这意味着惯性系中的运动定律，在非惯性系中都是相同的，但要满足相对性的原理
9、典例精析 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【解析】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【方法归纳】光线在引力场中发生偏转，引力场越强，弯曲越厉害跟踪练习2(多选)下列说法中正确的是()A由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星B强引力作用可使光谱线向红端偏移C引力场越强的位置，时间进程越慢D由于物质的存在，实际的空间
10、是弯曲的【解析】由广义相对论知道：物质的引力使光线弯曲，因此选项A、D是正确的在引力场中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象，所以选项B、C正确【答案】ABCD4新思维随堂自测1.根据相对论判断，下列说法正确的是()A狭义相对论全面否定了经典力学理论B如果物体在地面上静止不动，任何人在任何参考系里测得的物体的长度都是一样的C由Emc2可知，质量可转变成能量D物体的速度越大，质量也变得越大【解析】由相对论的结论可知，D正确【答案】D2为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度()A6.0108 m/s B3.0108 m/sC2.6108 m/s D1.
11、5108 m/s【解析】由相对论质速关系式m01vc2可得到vc1m0m2c1122 32 c2.6108 m/s，故选C.【答案】C3关于广义相对论和狭义相对论之间的关系下列说法正确的是()A它们之间没有任何联系B有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了C狭义相对论能够解决时空弯曲问题D为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论【解析】狭义相对论之所以为狭义相对论，就是只能是对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决【答案】D4某星体以速度v离开地球，其谱线在地球上看来()A光谱不变 B光谱红移C光谱紫移 D光谱压缩【解析】由广义相对论的引力红移效应可知B正确【答案】B5新视点名师讲座相对论的质量关系、质能关系的考查小行星绕恒星运动，恒星均匀地向四周辐射能量，质量缓慢减小，可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动则经过足够长的时间后，小行星运动的()A半径变大B速率变大C角速度变大D加速度变大【解析】恒星均匀地向四周辐射能量，质量缓慢减小，二者之间万有引力减小，小行星运动的半径增大，速率减小，角速度减小，加速度减小，选项A正确，B、C、D错误【答案】A