第十五章 相对论简介

　　 第三节 狭义相对论的其他结论

【学习目标】 第四节 广义相对论简介

　　1、了解相对论速度变换公式、相对论质量、广义相对性原理和等效原理；

　　2、通过探究理解质能方程E=mc2；

　　3、联系实际生活，以极大热情投入学习，体会学习的快乐。

【重点难点】质能方程E=mc2的理解与运用。

【问题导学】一、狭义相对论的其他结论

　　阅读教材106-108页，并查阅相关资料，回答下列问题。

1、相对论速度变换公式

以高速火车为例，设车对地面的速度为v，人以速度u'沿着火车前进的

方向相对火车运动，c为光在真空中的传播速度那么他相对地面的速度u=

说明：（1）、从以上公式中可以看出，当v c，u' c 时u c，但是u不能超过光速， 相对论结论（填"符合"、"不符合"）。

（2）、从公式中可以看出，人对地面的速度小于u'与v之和，当v<

u= ，与经典力学相一致。

2、相对论质量

物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0的关系m=

说明：（1）、在低速的情况下：v<

　　（2）、在高速世界里（v接近c），质量是时间的函数，也是相对的，与我们日常生活经验不符，在物理学中没有"质量守恒"定律。

　　（3）、质速关系说明物体质量随速度的增大而 。这个现象在微观粒子的运动中必须考虑。例如，回旋加速器中给加速的粒子在速度增大后，质量 因此做匀速圆周运动的周期 ，它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的能量因此受到了限制。

3、质能方程

　物体的质量为m，E是它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为

（1）、质能方程表达了物体的质量和它具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应。

　　（2）、质能方程不能说明质量和能量可以相互转化。质量绝不会变成能量，能量也绝不会变成质量。一个系统能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统在接收增加的能量时，其质量也在增加。对于一个封闭的系统，质量是 （填"守恒"、"不守恒"，下同），能量也

　　（3）、由质能方程可知，△E= 。

　　（4）、运动物体质量为m，它的总能量E为动能和静质能之和，即E=Ek+E0=mc2（E0为静止物体的能量，m0为静止物体的质量，E0=m0c2）。

二、广义相对论简介

阅读教材109-111页，并查阅相关资料，回答下列问题

1、广义相对性原理：

2、 等效原理：

3、广义相对论的几个结论：（1）、光线在引力场中偏转：根据广义性对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越 ，通常物体的引力场都很弱，但太阳的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该结论。

（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 、频率变 ，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）、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（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。

*（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，引力场越大的地方，长度越小。

4、大爆炸宇宙学

宇宙起源于一个寄点，在该寄点，温度为无穷大，密度为无穷大，空间急剧膨胀，即发生宇宙大爆炸。之和，宇宙不断膨胀，温度不断降低，大约经历200亿年形成我们今天的宇宙。宇宙还处于膨胀阶段，将来会怎样变化，目前还不能完全确定。

【典型例题】

【例1】地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108m/s跟随A飞行，求：

（1）、A上的乘客看到B的相对速度；（2）、B上的乘客看到A的相对速度。

解析：（1）、A上看地以-2.5×108m/s的速度向后飞行。B在地面看以2.0×108m/s的速度向前飞行，则飞船A上乘客看飞船B的速度

（2）、飞船 B上乘客看到飞船A的速度则相反为1.125×108m/s