狭义相对论的其他结论广义相对论简介—人教版高中物理选修复习课件
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高中物理 第十五章 第3节 狭义相对论的其他结论 第4节 广义相对论简介课件 新人教版选修3-4
1
第十五章 相对论简介
第3节 狭义相对论的其他结论 第4节 广义相对论简介
第十五章 相对论简介
1.知道相对论速度变换公式、相对论质量和质能方 程． 2.了解广义相对论的基本原理． 3．初步了解广义相对论的几个主要结论以及主要观测证据．
一、狭义相对论的其他结论
1．相对论速度变换公式
(1)速度变换公式：设在高速的火车上，火车对地面的速度为
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__一__定__，足够长时间后物体可以达到_任__意___
的速度． (2)相对论：物体的质量随物体速度增大而_增__大___．
物体以速度
v
运动时的质量 m0
m
与静止时的质量
m0
之间的关
系是：m＝____1_－__c_v_2__，因为总有 v<c.可知物体运动时的质
1－mm202≈0.94c.
质能方程的三点注意 (1)质能方程没有“质能转化”的含义，质能方程只反映质量 和能量在量值上的关系，二者不能相互转化．对一个封闭系 统而言，质量是守恒的，能量也是守恒的． (2)在物质反应和转化过程中，物质的存在形式发生变化，能 量的形式也发生变化，但质量并没有转化为能量．质量和能 量都表示物质的性质，质量描述惯性和引力性，能量描述系 统的状态． (3)当物体速度很大时，计算动能不能用 Ek＝12mv2，而是用 Ek＝mc2－m0c2.
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__．
判一判 (1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质 能．( × ) (2)一定的质量总是和一定的能量相对应．( √ ) (3)E＝mc2 中能量 E 其实就是物体的内能．( × )
第十五章 相对论简介
第3节 狭义相对论的其他结论 第4节 广义相对论简介
第十五章 相对论简介
1.知道相对论速度变换公式、相对论质量和质能方 程． 2.了解广义相对论的基本原理． 3．初步了解广义相对论的几个主要结论以及主要观测证据．
一、狭义相对论的其他结论
1．相对论速度变换公式
(1)速度变换公式：设在高速的火车上，火车对地面的速度为
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__一__定__，足够长时间后物体可以达到_任__意___
的速度． (2)相对论：物体的质量随物体速度增大而_增__大___．
物体以速度
v
运动时的质量 m0
m
与静止时的质量
m0
之间的关
系是：m＝____1_－__c_v_2__，因为总有 v<c.可知物体运动时的质
1－mm202≈0.94c.
质能方程的三点注意 (1)质能方程没有“质能转化”的含义，质能方程只反映质量 和能量在量值上的关系，二者不能相互转化．对一个封闭系 统而言，质量是守恒的，能量也是守恒的． (2)在物质反应和转化过程中，物质的存在形式发生变化，能 量的形式也发生变化，但质量并没有转化为能量．质量和能 量都表示物质的性质，质量描述惯性和引力性，能量描述系 统的状态． (3)当物体速度很大时，计算动能不能用 Ek＝12mv2，而是用 Ek＝mc2－m0c2.
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__．
判一判 (1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质 能．( × ) (2)一定的质量总是和一定的能量相对应．( √ ) (3)E＝mc2 中能量 E 其实就是物体的内能．( × )
高中物理 15.2 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介课件 新人教版选修34
7
预课对习堂点导讲练学义习
理梳巩解理固·深识应化记用·探点反究拨馈
3.广义相对论的几个结论 (1)物质的引力使光线 弯曲 . (2)引力位移：引力场的存在使空间不同位置的 时间进程 出 现差别，而使矮星表面原子发光频率 偏低 .
第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性
8
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第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性
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例1 一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动.此粒子衰 变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的 衰变方向与粒子运动方向相同.求电子相对于实验室参考系的 速度. 解析 已知v＝0.05c，u′＝0.8c. 由相对论速度叠加公式得
相对火车运动，那么他相对地面的速度u为
u′＋v
u＝ 1＋u′c2 v 如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则u′取 负 值.
第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性
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2.相对论质量 (1)按照牛顿力学，物体的质量是 不变 的.
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(2)物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如
第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性
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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.
第1讲 相对论的诞生 时间和空间的相对性
高中物理第十五章相对论简介第34节狭义相对论的其他结论广义相对论简介课件新人教版选修3
对质能方程的理解
1．相对论质量
相对论中质量和速度的关系为 m＝ 理解这个公式时请注意：
m0 。 1－vc 2
(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。
(2)v ≪c 时，近似地 m＝m0。 (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。
1．自主思考——判一判
(1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质能。
(×)
(2)一定的质量总是和一定的能量相对应。
(√ )
(3)E＝mc2 中能量 E 其实就是物体的内能。
(×)
(4)狭义相对论适用于任何参考系。
(×)
2．合作探究——议一议 爱因斯坦提出狭义相对论后，为什么还要提出广义相对论？ 提示：爱因斯坦提出狭义相对论后，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。
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 。
现象，所以选项 B 正确、C 错误。
高二物理人教版选修3-4课件：15.3-4 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介ppt课件
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:黑洞中心是一个“奇 点”,所有的物质都集中在这个点上, 密度因而是无限大。你对这一现象
有什么思考呢?
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探究一
探究二
2.相对论质量
相对论中质量和速度的关系为 m= 注意:
������0
1-
������ ������
2
。理解这个公式时要
(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
50 9×1016
kg≈5.56×10-16 kg。
答案:50 J 5.56×10-16 kg
探究一
探究二
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探究一对狭义相对论几个结论的理解 问题导引
一列火车正以v=50 m/s的速度高速行驶,列车内一乘客以相对列 车u'=5 m/s的速度向前跑,站台上的观察者测得该乘客的速度是 u=v+u'=55 m/s。若列车的速度是0.9c,乘客的速度是0.5c,那么站台 上的观察者测得该乘客的速度是0.9c+0.5c=1.4c吗?
它们是促成广义相对论的前提。
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2.相对论质量
相对论中质量和速度的关系为 m= 注意:
������0
1-
������ ������
2
。理解这个公式时要
(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
50 9×1016
kg≈5.56×10-16 kg。
答案:50 J 5.56×10-16 kg
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探究一对狭义相对论几个结论的理解 问题导引
一列火车正以v=50 m/s的速度高速行驶,列车内一乘客以相对列 车u'=5 m/s的速度向前跑,站台上的观察者测得该乘客的速度是 u=v+u'=55 m/s。若列车的速度是0.9c,乘客的速度是0.5c,那么站台 上的观察者测得该乘客的速度是0.9c+0.5c=1.4c吗?
它们是促成广义相对论的前提。
2018_2019高中物理第十五章相对论简介第3节狭义相对论的其他结论第4节广义相对论简介课件新人教版选修3_
• 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。 • (2)结论：光速c是宇宙万物速度的极限，且相对于任何参考系都是 不变 ____的。
相对论质量
• 1．经典力学 不变 的，一定的力作用在物体上，产生的加速度也是 • 物体的质量是_________ 一定 任意大的 _________ 的，足够长的时间以后物体就可以达到______________ 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 m0 m＝ 质量m0的关系式为：___________________ 。 v2 1－ c • 3．质能方程 E＝mc2 • 质能方程：_____________ 。
• 三、质能方程 • 1．爱因斯坦质能方程：E＝mc2。 • 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E＝Ek＋E0，其中静质能E0＝m0c2。 • 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m0＝1kg ，其静止能量E0＝9×1016J。而我们通常所利用的物体的 动能仅仅是mc2和m0c2之差，即Ek＝E－E0
• 『想一想』 • 爱因斯坦提出狭义相对论后，为什么还要提出广义相对论 ？ • 答案：爱因斯坦提出狭义相对论后，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一大步，提出了广 义相对论。
新课标导学
狭义相对论的其他结论、广义相对论简介 课件
______.
一、对质速关系式 m＝
m0 的理解 1－vc 2
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.这个关系式表明:物体的 质量会随物体速度的增大而增大.
2.v≪c 时,vc2＝0,此时有 m＝m0,也就是说:低速运动 的物体,可认为其质量与物体运动状态无关. 3.微观粒子的速度很高,因此粒子运动的质量明显大 于静质量.
(_2)_结__论_:_光_速__c_是_宇. 宙速度的_极__限__,且相对任何参考 系,光速都是__不__变__的.
●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_一__定__,足够长时 间后物体可以达到_任__意___的速度.
●(2)相对论:物体的质量随物体速度增大而 _增__大___.
长度的相对性.线密度 ρ＝ml ,当棒沿棒长方向运动 时,m、l 都发生变化,这时要通过推算来解决,考虑 问题时不能漏了 m 或 l 的变化.当棒沿垂直长度方 向运动时,只有 m 发生变化.
质能方程的应用
例2 电子静止时质量为9.1×10－31 kg,被加速器 加速后,其能量为1.28×109 eV,问加速后电子的质 量是多少?是静止质量的多少倍? 【思路点拨】 电子被加速后的能量是电子的总 能量,而不只是电子具有动能,满足公式E＝mc2.
三、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,物质的引 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. 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”.
一、对质速关系式 m＝
m0 的理解 1－vc 2
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.这个关系式表明:物体的 质量会随物体速度的增大而增大.
2.v≪c 时,vc2＝0,此时有 m＝m0,也就是说:低速运动 的物体,可认为其质量与物体运动状态无关. 3.微观粒子的速度很高,因此粒子运动的质量明显大 于静质量.
(_2)_结__论_:_光_速__c_是_宇. 宙速度的_极__限__,且相对任何参考 系,光速都是__不__变__的.
●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_一__定__,足够长时 间后物体可以达到_任__意___的速度.
●(2)相对论:物体的质量随物体速度增大而 _增__大___.
长度的相对性.线密度 ρ＝ml ,当棒沿棒长方向运动 时,m、l 都发生变化,这时要通过推算来解决,考虑 问题时不能漏了 m 或 l 的变化.当棒沿垂直长度方 向运动时,只有 m 发生变化.
质能方程的应用
例2 电子静止时质量为9.1×10－31 kg,被加速器 加速后,其能量为1.28×109 eV,问加速后电子的质 量是多少?是静止质量的多少倍? 【思路点拨】 电子被加速后的能量是电子的总 能量,而不只是电子具有动能,满足公式E＝mc2.
三、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,物质的引 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. 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”.
2012高二物理课件15.3《狭义相对论的其他结论》15.4广义相对论简介(人教版选修3-4)
1 (v)2 c
Ek
m0c2 1 (v)2
m0c2.
c
当v c时，1 ( v)2 1 1 ( v)2，代入上式得：
c
2c
Ek
m0c2
m0c2
1 2
m0c2
(
v c
)2
1 1 (v)2
1 2
m0
v
2
.
2c
2.如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化ΔE=Δmc2， 这个方程常应用在核能的开发和利用上.如果系统的质量亏损 为Δm，就意味着有ΔE的能量释放.
3.水星近日点的进动 天文观测显示,行星的轨道并不是严格闭合的,它们的近日点 (或远日点)有进动(行星绕太阳一周后,椭圆轨道的长轴也随 之有一点转动,叫做“进动”),这个效应以离太阳最近的水星 最为显著，这与牛顿力学理论的计算结果有较大的偏差，而 爱因斯坦的广义相对论的计算结果与实验观察结果十分接近. 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了主要作用.
【解析】选A、D.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.
二、非选择题 7.有人说物体燃烧释放出的能量就是静质能(m0c2).又有人说 核反应释放出的能量就等于静质能(m0c2)，你说对吗？ 【解析】1 kg汽油所包含的静质能是9×1016 J,而1 kg汽油 的燃烧值为4.6×107 J，这只是静质能的二十亿分之一，而核 能约占它总静质能的8.5%，因而物体燃烧、核反应释放出的 能量都只是静质能中极小的一部分. 答案：不对
【方法技巧】如何选择非惯性系为参考系解题 1.由广义相对性原理：在任何参考系中，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， 但要满足相对性原理. 2.由相对性的等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速 运动的参考系等价.这意味着一个非惯性系可以看做一个惯性 系，只不过是它的后面有一个均匀的引力场，这样选非惯性 系作为参考系解题，可以使用我们学过的运动定律，但在分 析受力时应分析惯性力(即引力)的作用.
Ek
m0c2 1 (v)2
m0c2.
c
当v c时，1 ( v)2 1 1 ( v)2，代入上式得：
c
2c
Ek
m0c2
m0c2
1 2
m0c2
(
v c
)2
1 1 (v)2
1 2
m0
v
2
.
2c
2.如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化ΔE=Δmc2， 这个方程常应用在核能的开发和利用上.如果系统的质量亏损 为Δm，就意味着有ΔE的能量释放.
3.水星近日点的进动 天文观测显示,行星的轨道并不是严格闭合的,它们的近日点 (或远日点)有进动(行星绕太阳一周后,椭圆轨道的长轴也随 之有一点转动,叫做“进动”),这个效应以离太阳最近的水星 最为显著，这与牛顿力学理论的计算结果有较大的偏差，而 爱因斯坦的广义相对论的计算结果与实验观察结果十分接近. 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了主要作用.
【解析】选A、D.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.
二、非选择题 7.有人说物体燃烧释放出的能量就是静质能(m0c2).又有人说 核反应释放出的能量就等于静质能(m0c2)，你说对吗？ 【解析】1 kg汽油所包含的静质能是9×1016 J,而1 kg汽油 的燃烧值为4.6×107 J，这只是静质能的二十亿分之一，而核 能约占它总静质能的8.5%，因而物体燃烧、核反应释放出的 能量都只是静质能中极小的一部分. 答案：不对
【方法技巧】如何选择非惯性系为参考系解题 1.由广义相对性原理：在任何参考系中，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， 但要满足相对性原理. 2.由相对性的等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速 运动的参考系等价.这意味着一个非惯性系可以看做一个惯性 系，只不过是它的后面有一个均匀的引力场，这样选非惯性 系作为参考系解题，可以使用我们学过的运动定律，但在分 析受力时应分析惯性力(即引力)的作用.
狭义相对论的其他结论、广义相对论简介课件
三、广义相对论简介
2.宇航员能否根据“小球的加速下落”判断飞船是静止 在一个引力场中，还是正处在一个没有引力场而正加速 上升的过程中？ 答案 不能.
三、广义相对论简介
1.广义相对论的基本原理 (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.
一、相对论速度变换公式
1.公式：设高速行驶的火车对地面的速度为v，车上的人
相对火车以速度u′运动，那么人相对地面的速度为u.
u′＋v 1＋u′c2 v
(人相对于车的运动方向与车同向).
-u′＋v u′v(人源自对于车的运动方向与车反向).1- c2
一、相对论速度变换公式
2.对公式的理解
假设高速火车对地面的速度为v，车上的一高速粒子以
二、对质能方程的理解
解析 E＝mc2表明质量与能量之间存在一一对应的关 系，物体吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少， 质量与能量并没有相互转化.故选项B正确，D错误； 静止的物体也具有能量，称为静质能，E0＝m0c2，m0叫 做静质量；E＝mc2中的能量E包括静质能E0和动能Ek， 而非物体的内能，故选项A、C错误. 答案 B
二、相对论质量和质能方程
回旋加速器中磁场一次次把粒子拉到狭缝处，狭缝处的 电场一次次加速带电粒子.假如回旋加速器的半径可以 增大到很大，磁感应强度足够大，经回旋加速器加速的 粒子的速度可以达到任意速度甚至超过光速吗？
二、相对论质量和质能方程
答案 不可以很大，不可以超过光速. 因为回旋加速器的理论基础是粒子在磁场中做圆周运动 的周期(T＝ 2)π等m于交变电场的周期；速度较小时粒子
解析 由动能定理，加速后电子增加的动能为： ΔEk＝eU＝1.6×10－19×107 J＝1.6×10－12 J 由ΔEk＝Δmc2得电子增加的质量为：