物理 第六章 相对论 第4讲 相对论的速度变换公式 质能关系 第5讲 广义相对论点滴（选学） 教科版选修34.ppt

第第4讲讲相对论的速度变换公式质能关系相对论的速度变换公式质能关系第第5讲广义相对论点滴讲广义相对论点滴(选学选学)目目标标定定位位1.知知道道相相对对论论速速度度变变换换公公式式、相相对对论论质质量量和和质质能能方方程程.2.了了解解广广义义相相对对论论的的基基本本原原理理.3.初初步步了了解解广广义义相相对对论论的的几个主要观点以及主要观测证据几个主要观点以及主要观测证据一、相对论的速度变换公式质能关系一、相对论的速度变换公式质能关系1相对论的速度变换相对论的速度变换在在以以速速率率u相相对对于于参参考考系系S运运动动的的参参考考系系S中中，一一物物体体沿沿与与u相同的方向以速率相同的方向以速率v运动时，在参考系运动时，在参考系S中，它的速中，它的速率为率为v_.2相对论质量和能量相对论质量和能量(1)爱爱因因斯斯坦坦的的质质能能关关系系式式E_，m是是物物体体的的质质量量，E是它所包含的能量，是它所包含的能量，c是光在真空中的速率是光在真空中的速率(2)物体以速率物体以速率v运动时的质量运动时的质量m与静止时的质量与静止时的质量m0之间的之间的关系：关系：m_.(3)与静质量对应的能量称为静能量，为与静质量对应的能量称为静能量，为E0_.mc2 m0c2 二、广义相对论点滴二、广义相对论点滴(选学选学)1广义相对性原理和等效原理广义相对性原理和等效原理(1)广义相对性原理广义相对性原理在在_中物理规律都是中物理规律都是_的的(2)等效原理等效原理一一个个不不受受引引力力作作用用的的加加速速度度系系统统跟跟一一个个受受引引力力作作用用的的_是等效的是等效的2支持广义相对论的几个观测结果支持广义相对论的几个观测结果(1)光光在在引引力力场场中中传传播播时时，将将会会发发生生_，而而不不再再是是直直线线传播传播(2)引力作用使光波发生引力作用使光波发生_任何参考系任何参考系 一样一样 惯性系统惯性系统 偏折偏折 频移频移(3)在在引引力力场场中中时时间间也也会会_，引引力力越越强强，时时钟钟就就走走得得越越_(4)水水星星绕绕太太阳阳运运动动的的轨轨道道与与根根据据牛牛顿顿万万有有引引力力定定律律计计算算所所得的不一致得的不一致(5)当两个天体相互绕转时，会向外界辐射出当两个天体相互绕转时，会向外界辐射出_3宇宙的演化宇宙的演化(1)20世世纪纪40年年代代末末，物物理理学学家家伽伽莫莫夫夫把把宇宇宙宙膨膨胀胀与与粒粒子子反反应理论结合起来，提出宇宙大爆炸假说应理论结合起来，提出宇宙大爆炸假说(2)宇宇宙宙大大爆爆炸炸理理论论最最大大说说服服力力的的证证据据是是宇宇宙宙背背景景辐辐射射的的发发现现.延缓延缓 慢慢引力波引力波 一、对相对论速度变换公式的理解一、对相对论速度变换公式的理解1当当物物体体运运动动方方向向与与参参考考系系相相对对地地面面的的运运动动方方向向相相反反时时，公公式中的式中的v取负值取负值2若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用若物体运动方向与参考系运动方向不共线，此式不可用3由由公公式式可可知知：v一一定定比比uv小小，但但当当u和和v都都比比c小小得得多多时时，可可认认为为vuv，这这就就是是低低速速下下的的近近似似，即即经经典典力力学学中中的的速度叠加速度叠加4当当vuc时时，vc，证证明明了了光光速速是是速速度度的的极极限限，也也反反证证了光速不变原理了光速不变原理【例例1】一一粒粒子子以以0.05c的的速速率率相相对对实实验验室室参参考考系系运运动动此此粒粒子子衰衰变变时时发发射射一一个个电电子子，电电子子相相对对于于粒粒子子的的速速度度为为0.8c，电电子子的的衰衰变变方方向向与与粒粒子子运运动动方方向向相相同同求求电电子子相相对对于于实实验验室室参考系的速度参考系的速度二、对相对论质量和质能方程的理解二、对相对论质量和质能方程的理解【例例2】为为使使电电子子的的质质量量增增加加到到静静止止质质量量的的两两倍倍，需需有有多多大大的速度的速度()A6108 m/sB3108 m/sC2.6108 m/sD1.5108 m/s【例例3】1905年年，爱爱因因斯斯坦坦创创立立了了“相相对对论论”，提提出出了了著著名名的的质质能能方方程程，下下面面涉涉及及对对质质能能方方程程理理解解的的几几种种说说法法中中正正确确的是的是()A若物体能量增大，则它的质量增大若物体能量增大，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，则会放出能量若核反应过程质量增大，则会放出能量解解析析由由Emc2可可知知，若若E增增大大，则则m增增大大；若若E减减小小，则则m减减小小，A正正确确，B错错误误；若若m减减小小，则则E减减小小，若若m增增大大，则则E增大，增大，C、D均错误均错误答案答案A1广广义义相相对对性性原原理理与与狭狭义义相相对对性性原原理理并并不不相相同同狭狭义义相相对对性性原原理理仅仅适适用用于于惯惯性性系系，而而广广义义相相对对性性原原理理适适用用于于一一切切参参考考系系2光光线线在在引引力力场场中中弯弯曲曲以以及及引引力力红红移移现现象象都都是是在在引引力力场场很很强强的情况下产生的效应的情况下产生的效应3光光在在同同一一种种均均匀匀介介质质中中沿沿直直线线传传播播的的现现象象，在在我我们们的的日日常常生活中仍然成立生活中仍然成立三、对广义相对论的理解三、对广义相对论的理解【例例4】(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A物质的引力使光线弯曲物质的引力使光线弯曲B光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C在强引力的星球附近，时间进程会变慢在强引力的星球附近，时间进程会变慢D广义相对论可以解释引力红移现象广义相对论可以解释引力红移现象解解析析由由广广义义相相对对论论可可知知：物物质质的的引引力力使使光光线线弯弯曲曲；引引力力场场的的存存在在使使得得空空间间不不同同位位置置的的时时间间进进程程出出现现差差别别，如如在在矮矮星星表表面面的的引引力力很很强强，那那里里的的时时间间进进程程变变慢慢，从从而而导导致致引引力力红移，所以正确选项为红移，所以正确选项为A、C、D答案答案ACD