人教版高中物理選修（3-4）-15.4《廣義相對論簡介》參考課件

1、15.4 15.4 廣義相對論簡介廣義相對論簡介復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)一、狹義相對論的兩點假設(shè)：一、狹義相對論的兩點假設(shè)：1 1、狹義相對性原理、狹義相對性原理 在不同的在不同的慣性參考系慣性參考系，一切物理規(guī)律一切物理規(guī)律都是都是相同的相同的2 2、光速不變原理、光速不變原理 真空中的光速真空中的光速在不同的慣性參考系中是在不同的慣性參考系中是相相同同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系。關(guān)系。二、由狹義相對論推出的幾個結(jié)論二、由狹義相對論推出的幾個結(jié)論1 1、“同時同時”的相對性的相對性2 2、動尺變短、動尺變短3 3、動鐘變慢、動鐘變慢4 4、速度變換公式

2、、速度變換公式21cvuvuu201cvtt201cvll5 5、相對論質(zhì)量、相對論質(zhì)量6 6、質(zhì)能方程、質(zhì)能方程2mcE 201cvmm閱讀思考題閱讀思考題1 1、狹義相對論遇到哪兩個無法解決的問題？、狹義相對論遇到哪兩個無法解決的問題？2 2、廣義相對論的兩個基本原理是什么？、廣義相對論的兩個基本原理是什么？ 與狹義相對論的兩個假設(shè)有什么不同？與狹義相對論的兩個假設(shè)有什么不同？3 3、根據(jù)廣義相對論的兩個基本原理可以導(dǎo)出、根據(jù)廣義相對論的兩個基本原理可以導(dǎo)出哪些重要結(jié)論？哪些重要結(jié)論？一、超越狹義相對論的思考一、超越狹義相對論的思考 愛因斯坦思考愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個狹義相對

3、論無法解決的兩個問題：問題：1 1、引力問題、引力問題 萬有引力定律無法納人狹義相對論的理論萬有引力定律無法納人狹義相對論的理論框架；框架；2 2、非慣性系問題，、非慣性系問題， 狹義相對論只適用于慣性系，為什么慣性狹義相對論只適用于慣性系，為什么慣性系具有這樣的地位？狹義相對論無法解釋系具有這樣的地位？狹義相對論無法解釋 二、廣義相對性原理和等效原理二、廣義相對性原理和等效原理1 1、廣義相對性原理：、廣義相對性原理： 在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。伽利略相對性原理伽利略相對性原理 力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律在在任何慣性系任何慣性系都是都是相同相同的的愛因斯坦

4、狹義相對性原理愛因斯坦狹義相對性原理(1905年年) 在在不同的慣性參考系不同的慣性參考系中，中，一切物理規(guī)律一切物理規(guī)律都有是都有是相同相同的；的； 愛因斯坦廣義相對論原理（愛因斯坦廣義相對論原理（1916年）年） 在在任何參考系中任何參考系中(包括非慣系）所有的物理規(guī)律包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是都是相相同同的，稱為廣義相對性原理。的，稱為廣義相對性原理。邏輯形式逐漸簡約邏輯形式逐漸簡約2 2、等效原理：、等效原理： 一個一個均勻均勻的引力場與一個做的引力場與一個做勻加速勻加速運動的運動的參考系等價。參考系等價。 如果飛船做勻加速運動，在光如果飛船做勻加速運動，在光向右傳播的同時，飛的速

5、度也在不向右傳播的同時，飛的速度也在不斷增大，因此船上觀察者記錄下的斷增大，因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。光的徑跡是一條拋物線。三、廣義相對論的幾個結(jié)論三、廣義相對論的幾個結(jié)論1 1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲 如果飛船做勻速直線運動，船如果飛船做勻速直線運動，船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條上觀察者記錄下的光的徑跡是一條直線（虛線）直線（虛線） 飛船外觀察者看到這束光是飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的（水平向右）直線傳播的（水平向右）各各類類星星體體對對比比宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力

6、勢比地球低的多，矮星表面的時間進程做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時間進程比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移3 3、引力紅移、引力紅移 由于物質(zhì)的存在，實際空間并不是均勻由于物質(zhì)的存在，實際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了的，空間發(fā)生了“彎曲彎曲”：狹義、廣義相對論比較狹義、廣義相對論比較狹義相對論狹義相對論廣義相對論廣義相對論不同的不同的慣性慣性參考系中一參考系中一切物理規(guī)律切物理規(guī)律都是相同的都是相同的 任何參考系任何參考系（包括非慣性（包括非慣性

7、系）中物理規(guī)系）中物理規(guī)律都是相同的律都是相同的真空中的光真空中的光速在不同慣速在不同慣性參考系中性參考系中都是相等的都是相等的 一個均勻的一個均勻的引力場與一個引力場與一個做勻加速運動做勻加速運動的參考系等價的參考系等價更進一步更進一步等等效效原原理理光光速速恒恒定定愛因愛因斯坦斯坦相對相對性原性原理理廣廣義義相相對對性性原原理理對于時空觀的認識對于時空觀的認識物質(zhì)本身的存在決物質(zhì)本身的存在決定時空的性質(zhì)定時空的性質(zhì)時空性質(zhì)和物時空性質(zhì)和物質(zhì)的運動有關(guān)質(zhì)的運動有關(guān)狹義相對論狹義相對論廣義相對論廣義相對論慣性系平權(quán)慣性系平權(quán)所有參考系平權(quán)所有參考系平權(quán)時時空空觀觀光速恒定光速恒定等效原理等效原

8、理 （一）愛因斯坦的貢獻（一）愛因斯坦的貢獻 （二）方興未艾的宇宙學(xué)（二）方興未艾的宇宙學(xué) （三）有趣的相對論佯謬（三）有趣的相對論佯謬 （四）黑洞的研究（四）黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論的建立愛因斯坦與狹義相對論的建立. .組織：小組（組織：小組（2-32-3人）人）方案：方案： 利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)資源寫一篇愛因斯坦與狹義相對論利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)資源寫一篇愛因斯坦與狹義相對論建立的科普小文章建立的科普小文章. .要求：要求： 文章的時間脈絡(luò)清晰，無科學(xué)性錯誤文章的時間脈絡(luò)清晰，無科學(xué)性錯誤. .課題研究課題研究題目：題目： （一）愛因斯坦的貢獻（一）愛因斯坦的貢獻 （二）方興未艾的宇宙學(xué)（二）方興未艾的宇宙學(xué) （三）有趣的相對論佯謬（三）有趣的相對論佯謬 （四）黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論（四）黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論的建立的建立. .組織：組織： 小組