高中物理 第十五章 相對論簡介 3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介課堂合作探究學(xué)案 新人教版選修3-4

3狹義相對論的其他結(jié)論4廣義相對論簡介課堂合作探究問題導(dǎo)學(xué)一、狹義相對論的其他結(jié)論活動(dòng)與探究11根據(jù)相對論速度公式，如果u和v都很大，例如u0.6c，v0.6c，它們的合速度會(huì)不會(huì)超過光速？如果u和v更大些呢？2若uc，求證：uc，即在另一個(gè)參考系中光的速度也是c，而與v大小無關(guān)。3通過上面兩個(gè)問題討論得到什么結(jié)論？遷移與應(yīng)用1一觀察者測出電子質(zhì)量為2m0，其中m0為電子的靜止質(zhì)量，求電子速度為多少？1由相對論速度變換公式u知，如果uc，uc，這時(shí)可忽略不計(jì)，相對論的速度合成公式可近似變?yōu)閡uv，這和我們在經(jīng)典力學(xué)中的相對速度變換是一樣的。2由公式可知光速是物體相對運(yùn)動(dòng)速度的極限，只能無限趨近，永遠(yuǎn)不能達(dá)到和超過。3對于質(zhì)速關(guān)系m（1）這個(gè)關(guān)系式表明：物體的質(zhì)量會(huì)隨物體速度的增大而增大。（2）uc時(shí)，（）20，此時(shí)有mm0，也就是說：低速運(yùn)動(dòng)的物體，可認(rèn)為其質(zhì)量與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。（3）微觀粒子的速度很高，因此粒子運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量明顯大于靜質(zhì)量。二、廣義相對論簡介活動(dòng)與探究21狹義相對論無法解決哪兩個(gè)問題？2怎樣理解廣義相對性原理？3怎樣理解等效原理？4廣義相對論的結(jié)論是如何驗(yàn)證的？遷移與應(yīng)用2下列說法中正確的是（）A物質(zhì)的引力使光線彎曲B光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢D廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象1在任何參考系中的物理規(guī)律都是相同的。這意味著慣性系中的運(yùn)動(dòng)定律，在非慣性系中都是相同的，但要滿足相對性原理。2一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。這意味著，一個(gè)非慣性系可以看成一個(gè)慣性系，只不過它的后面有一個(gè)均勻的引力場。因?yàn)閼T性和引力在非慣性系中是分不清的。這是相對論的等效原理。當(dāng)堂檢測1下列問題需要用相對論來進(jìn)行解釋的是（）A“嫦娥”一號的運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算B噴氣式飛機(jī)的空中運(yùn)行C人造太陽的反應(yīng)過程D紅矮星的演變過程2若一宇宙飛船對地以速度v運(yùn)動(dòng)，宇航員在飛船內(nèi)沿同方向測得光速為c，問在地上觀察者看來，光速應(yīng)為vc嗎？3一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的總能量為E，E中是否考慮了物體的動(dòng)能？4人造衛(wèi)星以第一宇宙速度（約8 km/s）運(yùn)動(dòng)，問它的質(zhì)量和靜質(zhì)量的比是多少？答案：課堂·合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動(dòng)與探究1：1答案：u0.88c，u和v更大些，只要u和v不超過光速，可以證明u會(huì)更大一些，但不會(huì)超過光速。2答案：通過相對論速度公式u知，當(dāng)uc時(shí)，uc，與v大小無關(guān)。3答案：相對論速度表達(dá)式與狹義相對論基本假設(shè)之一：光對任何參考系速度都是一樣的。遷移與應(yīng)用1：答案：0.866c解析：將m2m0代入質(zhì)量公式m得，2m0，vc0.866c。活動(dòng)與探究2：1答案：萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架和狹義相對論是慣性參考系之間的理論。2答案：廣義相對性原理關(guān)鍵一點(diǎn)是適用于任何參考系。3答案：我們可以從引力場和勻加速參考系產(chǎn)生的效果上來考慮等效原理，引力場的作用是使物體加速向下運(yùn)動(dòng)，如果參考系是加速向上運(yùn)動(dòng)的，我們將會(huì)觀察到靜止的物體也“向下”運(yùn)動(dòng)，它們兩者產(chǎn)生的效果是一樣的，所以稱為等效原理。4答案：物質(zhì)的引力使光線彎曲：1915年5月29日的一次日全食，兩支英國考察隊(duì)分別赴幾內(nèi)亞灣和巴西觀測，其結(jié)果證實(shí)了引力使光線彎曲的結(jié)論。這是廣義相對論最早的證實(shí)。強(qiáng)引力場附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢：引力紅移現(xiàn)象已經(jīng)證明了此結(jié)論。引力紅移已經(jīng)在天文觀察中得到證實(shí)，宇宙中有一類恒星，體積小、密度大，叫做矮星，它們形成的引力場特別強(qiáng)，經(jīng)觀測，那里的原子發(fā)光的頻率比同種原子在地球上發(fā)光的頻率低，看起來偏紅。這就證明引力紅移的存在，也證明了強(qiáng)引力場附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢。遷移與應(yīng)用2：ACD解析：從廣義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)可以得出：物質(zhì)的引力使光線彎曲；引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別，如在矮星表面的引力很強(qiáng)，那里的時(shí)間進(jìn)程變慢，從而導(dǎo)致引力紅移，所以正確的選項(xiàng)為A、C、D?！井?dāng)堂檢測】1CD解析：C選項(xiàng)中的過程屬于微觀的情況，D選項(xiàng)中的過程屬于高速的情況。2答案：地面的觀察者看來，光速是c不是vc。解析：由相對論速度變換公式u，式中u、v分別為v和c。代入公式求得光對地速度ucc。3答案：總能量E中已經(jīng)計(jì)入了物體的動(dòng)能。解析：總能量EE0Ek，E0為靜質(zhì)能，實(shí)際上包括分子的動(dòng)能和勢能、化學(xué)能、電磁能、結(jié)合能。E0m0c2。Ek為動(dòng)能，Ekm0c2（1），EE0Ekmc2。4答案：1.000 000 000 35解析：7.1×1010由mm0/，得1.000 000 000 35。3