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15.3 狭义相对论的其他结论15.4 广义相对论简介一、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式设车对地面的速度为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)相对论速度变换公式：u ＝u ′＋v 1＋u ′v c 2。
如果车上人的运动方向与车的运动方向相同，u ′取正值，如果车上人的运动方向与车的运动方向相反，u ′取负值。
如果u ′和v 的方向垂直或成其他任意角度，公式不成立，只适用于两者方向在一条直线上。
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，产生的加速度也是一定的，足够长的时间以后物体就会达到任意的速度。
(2)相对论：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m 0的关系式为：m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2。
3．质能方程质能方程：E ＝mc 2。
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。
归纳总结1．公式m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2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．微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于静止质量。
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，回旋加速器粒子的能量因此受了到限制。
二、广义相对论简介1．狭义相对论无法解决的问题(1)万有引力理论无法纳入狭义相对论框架。
(2)惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位。
2．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。
3．广义相对论的几个结论(1)光线在引力场中偏转。
(2)引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差(引力红移)。
归纳总结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框架；惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位。
第十五章 3 狭义相对论的其他结论大家早已熟悉了这样的问题：河水的流速是3 m/s ；小船顺流而下，由于划船，它相对河水的速度是1 m/s ；那么，船相对于岸的速度是多少？答案是3 m/s+1m/s =4 m/s这种情况下应该把两个速度相加，这似乎是不言而喻的，无需证明。
但是，实验表明，光对任何运动物体的速度都是一样的，好像对于以3×108 m/s 的速度传播的光，速度变换的法则不再适用。
那么，对于一列火车、一艘飞船、一个微观粒子，如果它们高速运动，速度的变换要遵守什么法则？由于这个法则的导出比较烦琐，这里直接给出结果。
本节其他两个结论也是这样处理的。
相对论速度变换公式仍以高速火车为例，设车对地面的速度为v ，车上的人以速度u ʹ沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u 为u ＝u ʹ+v 1+u ʹv c 2 （1）在狭义相对论的书籍中，通常用v 表示两个参考系的相对速度。
所以物体相对于参考系的速度就用u 表示，以免混淆。
如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则u ʹ取负值。
当这两个速度的方向垂直或成其他角度时，情况比较复杂，上式不适用，我们不讨论这种情况。
按照经典的时空观，u =u ʹ+v 。
而从（1）式来看，实际上人对地面的速度u 比u ʹ与v 之和要小，不过只有在u ʹ和u 的大小可以与c 相比时才会观察到这个差别。
思考与讨论（1）如果u ʹ和v 都很大，例如u ʹ=0.6c ，v =0.6c ，它们的合速度会不会超过光速？如果u ʹ和v 更大些呢？（2）若u ʹ=c ，即在运动参考系中观察光的速度是c ，求证：u =c ，即在另一个参考系中光的速度也是c ，而与v 的大小无关。
这两项讨论的重要性在于，任何理论都应该是自恰的，即不应该自相矛盾。
狭义相对论的基本假设之一是光对任何参考系的速度都是一样的，这两项结果应该与它一致。
这种自恰性检验是对一个学说、一项工作的最基本的评估。
15.3 狭义相对论的其他结论课标要求1．知道相对论的速度变换公式。
．知道相对论的速度变换公式。
2．知道相对论质量。
．知道相对论质量。
3．知道爱因斯坦质能方程。
．知道爱因斯坦质能方程。
引入新课在第一节内容的学习中，遗留一个问题，那就是经典物理中速度叠加原理与光速不变之间的矛盾，显然经典的速度叠加原理在高速情况下是不适用的，下面我们来认识相对论的速度叠加原理识相对论的速度叠加原理一、相对论的速度变换公式通过狭义相对论两个原理的学习，知道光对任何物体的运动速度都一样，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。
观念矛盾，必须要考虑相对论效应。
如图，高速火车对地速度为v ，车上小球相对于车的速度为u ′，则地上观察者观察到它的速度为u则有：u =21cv u v u ¢++¢ 注意这一公式仅适用于u ′与v 在一直线上的情况，当u ′与v 相反时，u ′取负值. 下面请大家计算下列三种情况下地面观察者看到的球速度，并比较u 与u ′+v 以及u 与c 的大小关系的大小关系（1）当u ′=2c v =43c 时 （2）当u ′=c v =c 时（3）当u ′=-c v =2c 时 第一问中u =1110c ，u ′+v =45c ，可见u ＜（u ′+v ）并且u ＜c 。
由此可以看出，合速度比（u ′+v ）要小，这与经典速度合成完全不同。
第二问中u =32cu ′+v =2c ，与上面分析是一致的. 第三问中u =-c ，表示合速度大小仍然为c ，方向与v 相反，从二、三两个结果可以看出，u ′=c 时，不论v 如何取值，在什么参考系中观察，光速都是c . 三位同学分析得很好。
对于低速物体u ′与v 与光速相比很小时，根据公式u =21cv u v u ¢++¢可知u ′v <<c ，这时u ≈u ′+v ，这就是经典物理学的速度合成法则。
