2017-2018學(xué)年高中物理 第六章 相對(duì)論 第4講 相對(duì)論的速度變換公式 質(zhì)能關(guān)系 第5講 廣義相對(duì)論點(diǎn)滴（選學(xué)）學(xué)案 教科版選修3-4

《2017-2018學(xué)年高中物理 第六章 相對(duì)論 第4講 相對(duì)論的速度變換公式 質(zhì)能關(guān)系 第5講 廣義相對(duì)論點(diǎn)滴（選學(xué)）學(xué)案 教科版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第六章 相對(duì)論 第4講 相對(duì)論的速度變換公式 質(zhì)能關(guān)系 第5講 廣義相對(duì)論點(diǎn)滴（選學(xué)）學(xué)案 教科版選修3-4（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第4講相對(duì)論的速度變換公式質(zhì)能關(guān)系第5講廣義相對(duì)論點(diǎn)滴(選學(xué))目標(biāo)定位1.知道相對(duì)論速度變換公式、相對(duì)論質(zhì)量和質(zhì)能方程.2.了解廣義相對(duì)論的基本原理.3.初步了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要觀測(cè)證據(jù)一、相對(duì)論的速度變換公式質(zhì)能關(guān)系1相對(duì)論的速度變換在以速率u相對(duì)于參考系S運(yùn)動(dòng)的參考系S中，一物體沿與u相同的方向以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)，在參考系S中，它的速率為v.2相對(duì)論質(zhì)量和能量(1)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式Emc2，m是物體的質(zhì)量，E是它所包含的能量，c是光在真空中的速率(2)物體以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系：m.(3)與靜質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量稱(chēng)為靜能量，為E0m0c2.二、廣義相對(duì)

2、論點(diǎn)滴(選學(xué))1廣義相對(duì)性原理和等效原理(1)廣義相對(duì)性原理在任何參考系中物理規(guī)律都是一樣的(2)等效原理一個(gè)不受引力作用的加速度系統(tǒng)跟一個(gè)受引力作用的慣性系統(tǒng)是等效的2支持廣義相對(duì)論的幾個(gè)觀測(cè)結(jié)果(1)光在引力場(chǎng)中傳播時(shí)，將會(huì)發(fā)生偏折，而不再是直線傳播(2)引力作用使光波發(fā)生頻移(3)在引力場(chǎng)中時(shí)間也會(huì)延緩，引力越強(qiáng)，時(shí)鐘就走得越慢(4)水星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道與根據(jù)牛頓萬(wàn)有引力定律計(jì)算所得的不一致(5)當(dāng)兩個(gè)天體相互繞轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)向外界輻射出引力波3宇宙的演化(1)20世紀(jì)40年代末，物理學(xué)家伽莫夫把宇宙膨脹與粒子反應(yīng)理論結(jié)合起來(lái)，提出宇宙大爆炸假說(shuō)(2)宇宙大爆炸理論最大說(shuō)服力的證據(jù)是宇宙背景輻

3、射的發(fā)現(xiàn).一、對(duì)相對(duì)論速度變換公式的理解設(shè)參考系相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)速度為u，參考系中的物體以速度v沿參考系運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)參考系運(yùn)動(dòng)，那么物體相對(duì)地面的速度v.1當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)方向與參考系相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，公式中的v取負(fù)值2若物體運(yùn)動(dòng)方向與參考系運(yùn)動(dòng)方向不共線，此式不可用3由公式可知：v一定比uv小，但當(dāng)u和v都比c小得多時(shí)，可認(rèn)為vuv，這就是低速下的近似，即經(jīng)典力學(xué)中的速度疊加4當(dāng)vuc時(shí)，vc，證明了光速是速度的極限，也反證了光速不變?cè)砝?一粒子以0.05c的速率相對(duì)實(shí)驗(yàn)室參考系運(yùn)動(dòng)此粒子衰變時(shí)發(fā)射一個(gè)電子，電子相對(duì)于粒子的速度為0.8c，電子的衰變方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向相同求電子相對(duì)于實(shí)驗(yàn)

4、室參考系的速度解析已知v0.05c，ux0.8c.由相對(duì)論速度疊加公式得ux，ux0.817c.答案0.817c二、對(duì)相對(duì)論質(zhì)量和質(zhì)能方程的理解1相對(duì)論質(zhì)量物體的質(zhì)量會(huì)隨物體的速度增大而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系m.(1)vc時(shí)，()20此時(shí)有mm0，也就是說(shuō)：低速運(yùn)動(dòng)的物體，可認(rèn)為其質(zhì)量與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)(2)物體的運(yùn)動(dòng)速率無(wú)限接近光速時(shí)，其相對(duì)論質(zhì)量也將無(wú)限增大，其慣性也將無(wú)限增大，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變也就越難，所以超光速是不可能的2質(zhì)能關(guān)系(1)相對(duì)于一個(gè)慣性參考系，以速度v運(yùn)動(dòng)的物體其具有的相對(duì)論能量Emc2.其中E0m0c2為物體相對(duì)于參考系靜止時(shí)的能

5、量(2)在相對(duì)論下，運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能Ekmc2m0c2.(3)物體的能量變化E與質(zhì)量變化m的對(duì)應(yīng)關(guān)系為Emc2.例2為使電子的質(zhì)量增加到靜止質(zhì)量的兩倍，需有多大的速度()A6108 m/sB3108 m/sC2.6108 m/sD1.5108 m/s解析由相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系式m可得到vccc2.6108 m/s，故選C答案C例31905年，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了“相對(duì)論”，提出了著名的質(zhì)能方程，下面涉及對(duì)質(zhì)能方程理解的幾種說(shuō)法中正確的是()A若物體能量增大，則它的質(zhì)量增大B若物體能量增大，則它的質(zhì)量減小C若核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量減小，則需吸收能量D若核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量增大，則會(huì)放出能量解析由Emc2可知，若E增大，則m

6、增大；若E減小，則m減小，A正確，B錯(cuò)誤；若m減小，則E減小，若m增大，則E增大，C、D均錯(cuò)誤答案A三、對(duì)廣義相對(duì)論的理解1廣義相對(duì)性原理與狹義相對(duì)性原理并不相同狹義相對(duì)性原理僅適用于慣性系，而廣義相對(duì)性原理適用于一切參考系2光線在引力場(chǎng)中彎曲以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場(chǎng)很強(qiáng)的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)3光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象，在我們的日常生活中仍然成立例4(多選)下列說(shuō)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(duì)論可以解釋引力紅移現(xiàn)象解析由廣義相對(duì)論可知：物質(zhì)的引力使光線彎曲；引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)

7、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，所以正確選項(xiàng)為A、C、D答案ACD相對(duì)論速度變換公式1一高能加速器沿相反方向射出兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，速度均為0.6c，則它們的相對(duì)速度是多少？解析以其中任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)參考系，要求的就是另一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在該運(yùn)動(dòng)參考系下的運(yùn)動(dòng)速度u.由題意知，運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)靜止參考系的速度v0.6c，質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜止參考系的速度u0.6c.根據(jù)相對(duì)論速度變換公式u，可知0.6c.可解得u0.88c，即該質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參考系(另一質(zhì)點(diǎn))的速度大小為0.88c.答案0.88c相對(duì)論質(zhì)量2(多選)關(guān)于物體的質(zhì)量，下列說(shuō)法正確的是()A在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)

8、量是保持不變的B在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨物體的速度變化而變化C在相對(duì)論力學(xué)中，物體靜止時(shí)的質(zhì)量最小D在相對(duì)論力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大解析在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)量是保持不變的，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；在相對(duì)論力學(xué)中，由于物體的速度v不可能達(dá)到光速c，所以vc,1()21，根據(jù)m，可知選項(xiàng)C、D均正確答案ACD質(zhì)能方程3一電子(m09.11031 kg)以0.99c的速率運(yùn)動(dòng)問(wèn)：(1)電子的總能量是多大？(2)電子的經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)能與相對(duì)論的動(dòng)能之比是多大？解析(1)電子的總能量為：Emc2c2(3108)2 J5.81013 J.(2)電子的經(jīng)典力學(xué)動(dòng)能為：Ekm0v2m0(0.9

9、9c)2.相對(duì)論的動(dòng)能為：EkEE0mc2m0c20.08.答案(1)5.81013 J(2)0.08廣義相對(duì)論4(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義相對(duì)性原理B在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓定律僅適用于慣性參考系C一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是著名的等效原理D一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是著名的等效原理解析根據(jù)廣義相對(duì)論基本原理可知，選項(xiàng)A、D正確答案AD題組一相對(duì)論速度變換公式1在高速運(yùn)動(dòng)的火車(chē)上，設(shè)車(chē)對(duì)地面的速度為v，車(chē)上的人以速度u沿著火車(chē)前進(jìn)的方向相對(duì)火車(chē)運(yùn)動(dòng)，那么他相對(duì)地面的速度

10、u與uv的關(guān)系是()AuuvBuuvD以上均不正確解析由相對(duì)論速度變換公式可知B正確答案B2火箭以c的速度飛離地球，在火箭上向地球發(fā)射一束高能粒子，粒子相對(duì)地球的速度為c，其運(yùn)動(dòng)方向與火箭的運(yùn)動(dòng)方向相反則粒子相對(duì)火箭的速度大小為()AcBCcD解析由u，可得c解得uc，負(fù)號(hào)說(shuō)明與v方向相反答案C題組二質(zhì)能方程3下列關(guān)于愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程的說(shuō)法中正確的是()A只有運(yùn)動(dòng)物體才具有能量，靜止物體沒(méi)有能量B一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)CEmc2中能量E其實(shí)就是物體的內(nèi)能D由Emc2知質(zhì)量和能量可以互相轉(zhuǎn)化解析由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，物體具有的與質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的能量稱(chēng)為質(zhì)能Emc2表明質(zhì)量與能量之間存在一

11、一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，物體吸收或放出能量，則對(duì)應(yīng)其質(zhì)量會(huì)增加或減少，質(zhì)量與能量并沒(méi)有相互轉(zhuǎn)化，D項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；靜止的物體也具有能量，稱(chēng)為靜能量E0，E0m0c2，m0叫做靜質(zhì)量，Emc2中能量E包括靜能量E0和動(dòng)能Ek，而非物體的內(nèi)能，A、C兩項(xiàng)均錯(cuò)誤選B答案B4(多選)一個(gè)物體靜止時(shí)質(zhì)量為m0，能量為E0，速度為v時(shí)，質(zhì)量為m，能量為E，動(dòng)能為Ek，下列說(shuō)法正確的是()A物體速度為v時(shí)的能量Emc2B物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ekmc2C物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ekmv2D物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek(mm0)c2答案AD5已知太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，每秒鐘輻射的能量為3.81026 J，則可算出()A

12、太陽(yáng)的質(zhì)量約為4.2106 tB太陽(yáng)的質(zhì)量約為8.4106 tC太陽(yáng)的質(zhì)量每秒減小約為4.2106 tD太陽(yáng)的質(zhì)量每秒減小約為8.4106 t解析由質(zhì)能方程知太陽(yáng)每秒鐘因輻射能量而失去的質(zhì)量為m4.2109 kg4.2106 t.答案C6已知電子的靜止能量為0.511 MeV，若電子的動(dòng)能為0.25 MeV，則它所增加的質(zhì)量m與靜止質(zhì)量m0的比值近似為()A0.1B0.2C0.5D0.9解析由題意E0m0c2即m0c20.5111061.61019 JEmc2即mc20.251061.61019 J由得0.5，故只有C項(xiàng)正確答案C題組三相對(duì)論質(zhì)量7(多選)對(duì)于公式m，下列說(shuō)法中正確的是()A公

13、式中的m0是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量B當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度v0時(shí)，物體的質(zhì)量mm0，即物體的質(zhì)量改變了，故經(jīng)典力學(xué)不適用C當(dāng)物體以較小的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化十分微弱，經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用，只有當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化才明顯，故經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)，而不適用于高速運(yùn)動(dòng)D通常由于物體的速度太小，質(zhì)量的變化引不起我們的感覺(jué)，在分析地球上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不必考慮質(zhì)量的變化解析公式中的m0是物體靜止時(shí)的質(zhì)量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在v遠(yuǎn)小于光速時(shí)，質(zhì)量的變化不明顯，經(jīng)典力學(xué)依然成立，選項(xiàng)C、D正確，B錯(cuò)誤答案CD8設(shè)宇宙射線粒子的能量是其靜止能量的k倍，則粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量等于其靜止質(zhì)量的_倍，粒子運(yùn)動(dòng)速度是光速

14、的_倍解析依據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程Emc2，宇宙射線粒子的能量是其靜止能量的k倍，則其運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量等于其靜止質(zhì)量的k倍；再由相對(duì)論質(zhì)量公式m得.答案k9星際火箭以0.8c的速率飛行，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為靜止質(zhì)量的多少倍？解析設(shè)星際火箭的靜止質(zhì)量為m0，其運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量mm0，即其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為靜止質(zhì)量的倍答案倍10一被加速器加速的電子，其能量為3.00109 eV，試問(wèn)(1)這個(gè)電子的動(dòng)質(zhì)量是其靜質(zhì)量的多少倍？(2)這個(gè)電子的速率是多少？(m09.11031 kg，c3108 m/s)解析(1)由相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系Emc2和E0m0c2可得電子的動(dòng)質(zhì)量m與靜質(zhì)量m0之比為5.86103.(2)由相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系m可得

15、v1()2c0.999 999 985c.答案(1)5.86103(2)0.999 999 985c題組四廣義相對(duì)論11(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A萬(wàn)有引力可以用狹義相對(duì)論作出正確的解釋B電磁力可以用狹義相對(duì)論作出正確的解釋C狹義相對(duì)論是慣性參考系之間的理論D萬(wàn)有引力理論無(wú)法納入狹義相對(duì)論的框架解析由狹義相對(duì)論的基本原理和無(wú)法解決的問(wèn)題知，正確答案為B、C、D答案BCD12關(guān)于廣義相對(duì)論和狹義相對(duì)論之間的關(guān)系下列說(shuō)法正確的是()A它們之間沒(méi)有任何聯(lián)系B有了廣義相對(duì)論，狹義相對(duì)論就沒(méi)有存在的必要了C狹義相對(duì)論能夠解決時(shí)空彎曲問(wèn)題D為了解決狹義相對(duì)論中的參考系問(wèn)題提出了廣義相對(duì)論解析狹義相對(duì)論

16、之所以稱(chēng)為狹義相對(duì)論，就是只能對(duì)于慣性參考系來(lái)講的，時(shí)空彎曲問(wèn)題是有引力存在的問(wèn)題，需要用廣義相對(duì)論進(jìn)行解決答案D13(多選)下列說(shuō)法中，正確的是()A由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的影響，我們有可能看到太陽(yáng)后面的恒星B強(qiáng)引力作用可使光譜線向紅端偏移C引力場(chǎng)越強(qiáng)的位置，時(shí)間進(jìn)程越快D由于物質(zhì)的存在，實(shí)際的空間是彎曲的解析由廣義相對(duì)論我們可知：物質(zhì)的引力使光線彎曲，因此選項(xiàng)A、D是正確的；在引力場(chǎng)中時(shí)間進(jìn)程變慢，而且引力越強(qiáng)，時(shí)間進(jìn)程越慢，因此我們能觀察到引力紅移現(xiàn)象，所以選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤答案ABD14在日全食的時(shí)候，通過(guò)儀器可以觀察到太陽(yáng)后面的恒星，這說(shuō)明星體發(fā)出的光()A經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射B可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物C在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲D經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射解析根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知，光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí))通過(guò)儀器觀察到太陽(yáng)后面的恒星，故C正確，A、B、D均錯(cuò)答案C9