高中物理 第十五章 相对论简介 3 狭义相对论的其他结

3 狭义相对论的其他结论
4 广义相对论简介
1．知道相对论速度叠加规律。

2．知道相对论质能关系。

3．初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据。

4．关注宇宙学的新进展。

狭义相对论告诉我们，物体运动的极限速度都不可能越过真空中的光速。

在宏观低速运动的条件下，伽利略的速度叠加原理简单有效，但对高速运动的物体及微观高速粒子，速度的叠加原理与传统经典观念矛盾，必须要考虑相对论效应。

考虑相对论效应的情况下速度的叠加是怎样的呢？
提示：相对论效应指的是“动尺变短”或“动钟变慢”等。

在高速运动的参考系中，速度的叠加必须考虑这个因素，低速宏观状态下遵守伽利略的速度叠加原理，高速的情况下任何运动的速度不能超过光速。

一、狭义相对论的其他结论
1．相对论速度变换公式
设车对地的速度为v，人对车的速度为u′，车上人相对于地面的速度为u，
(1)经典的时空观：u＝u′＋v。

(2)相对论的速度变换公式为：_______________________________________________。

如果车上人运动方向与车运动方向相同，u′取____值，如果车上人运动方向与车运动方向相反，u′取____值。

(3)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。

注意：它只适用于沿同一直线运动物体速度的叠加。

2．相对论质量
(1)经典力学：物体的质量是______的，一定的力作用在物体上，产生的加速度也是______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 与静止时的质量m0的关系式为：____________________。

3．质能方程
质能方程：________。

质能方程表达了物体的质量m和它所具有的能量E之间的关系。

思考：有人根据E＝mc2得出结论：质量可以转化为能量、能量可以转化为质量。

这种
说法对吗？
二、广义相对论简介
1．超越狭义相对论的思考
爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：
(1)引力问题，万有引力理论无法纳入______________的框架。

(2)非惯性系问题，狭义相对论只适用于________。

它们是促成广义相对论的前提。

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______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______。

3．广义相对论的几个结论
(1)光线经过强引力场中发生______：如1919年5月29日，发生日全食期间，科学家成功地观测到了太阳背后恒星发出的光线经过太阳附近发生弯曲的现象，并拍得了太阳背后恒星的照片。

(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。

例如：矮星表面的引力很强，按照广义相对论，那里的时间进程________，那里原子发光的频率比同种原子在地球上发光的频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移。

答案：一、1.(2)u ＝u ′＋v 1＋u ′v c
2 正 负 2．(1)不变 一定 任意的 (2)m ＝m 0
1－v c 2
3．E ＝mc 2
思考
提示：这是对相对论的曲解，事实上质量决不会变成能量，能量也决不会变成质量。

一个系统能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统因接受而增加能量时，其质量也相应增加。

一个封闭的系统，能量是守恒的，质量也是守恒的。

二、1.(1)狭义相对论 (2)惯性系
2．(1)相同 (2)等价
3．(1)弯曲 (2)比较慢。