第15章 相对论简介3、4节(修订)

第15章相对论简介2013年4月§15.3狭义相对论的其他结论§15.4广义相对论简介狭义相对论的其他结论狭义相对论的三个重要结论…相对论的速度叠加公式相对论质量质能方程一、相对论的速度叠加公式vu车外的人看到车上人相对地面的速度为：21cvuvuu二、相对论质量物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：201cvmmm为运动质量m0为静止质量物体的能量和质量之间存在着某种联系：物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：爱因斯坦三、质能方程这就是著名的质能方程2mcE质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系.0EEEk2mcE物体的动能运动时的能量静止时的能量201cvmm2021vmEk在v＜＜c时的一种近似,这就是动能表达式．一、超越狭义相对论的思考介绍爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：第一个是引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架；第二个是非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系。它们是促成广义相对论的前提。广义相对论简介二、广义相对论等效原理在一个引力可以忽略的宇宙空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，船上的观察者记录光的径迹是一条抛物线．a半透明屏光源等效原理引力场与匀加速参考系等价假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大的物体，在它的引力场作用下,光的轨迹也是一条抛物线。三、广义相对论的几个结论通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲．太阳由于太阳引力场的作用，我们有可能观测到太阳后面的恒星，最好的观测时间是发生日全食的时候．1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实．广义相对论结论（1）——光线弯曲广义相对论结论（2）——透镜效应星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这种现象叫做引力透镜效应．星体星体无法观测黑洞宇宙中很可能存在黑洞，它不辐射电磁波，因此无法直接观测，但是它的巨大质量和极小的体积使其附近产生极强的引力场，引力透镜是探索黑洞的途径之一．广义相对论结论（3）——引力场影响时间引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．对于高速转动的圆盘，除了转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心．地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢．圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢．各类星体对比宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫做矮星，引力势比地球低的多，矮星表面的时间进程比较慢，哪里的发光的频率比同种的原子在地球上发光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移．广义相对论结论（4）——引力红移狭义、广义相对论比较狭义相对论广义相对论不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的任何参考系（包括非惯性系）中物理规律都是相同的真空中的光速在不同惯性参考系中都是相等的一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价更进一步等效原理光速恒定爱因斯坦相对性原理广义相对性原理对于时空观的认识物质本身的存在决定时空的性质时空性质和物质的运动有关狭义相对论广义相对论惯性系平权所有参考系平权时空观光速恒定等效原理课后练习：1．经过证明，物体运动的质量m与静止时的质量m0________,两个质量满足的关系为________。从上式可以看出，当物体的速度很大时（接近光速），物体的质量明显________静止时的质量。2．按照相对论和基本力学规律可以推导出物体质量与能量之间的关系为_________，这就是著名的_____________。该式表示，随着一个物体质量的减小（也叫____________），会_______一定的能量，与此同时，另一个物体吸收了能量，质量会_____________。不相同2201cvmm增加大于E＝mc2质能方程质量亏损释放3．广义相对论认为，在任何参考系中，物理规律都是_____________。4．等效原理的基本内容是一个均匀的_______场与一个做___________运动的参考系是等价的。5．广义相对论告诉我们，____________的存在使得空间不同位置的____________出现差别，物质的____________使光线弯曲。引力相同的引力匀加速引力场时间进程6．如果宇航员驾驶一艘宇宙飞船，以接近光速的速度朝某一星球飞行，他是否可以根据下列变化感觉到自己在运动()A．身体质量在减小B．心脏跳动变慢C．身体质量在增加D．永远不可能由自身的变化知道他是否在运动7．下列属于广义相对论结论的是()A．尺缩效应B．时间变慢C．光线在引力场中弯曲D．物体运动时的质量比静止时大大CD8．下列属于狭义相对论结论的是()A．尺缩效应B．时间变慢C．光线在引力场中弯曲D．水星近日点的进动9．星际火箭以0.8c的速率飞行，其运动质量为静止质量的多少倍？5/3倍AB