選修3415相對論簡介課件1市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

金太陽教育第三節(jié)廣義相對論初步第1頁第1頁相對論簡介

19世紀后半葉，關(guān)于電磁場研究不斷進一步，人們結(jié)識到了光電磁本質(zhì)．我們已經(jīng)知道，電磁波是以巨大且有限速度傳播，因此在電磁場研究中不斷碰到一些矛盾，這些矛盾造成了相對論出現(xiàn)．相對論不但給出了物體在高速運動時所遵循規(guī)律，并且改變了我們對于時間和空間結(jié)識，它建立在物理學和哲學發(fā)展史上樹立了一座主要里程碑．第2頁第2頁假如在一個參考系中牛頓定律能夠成立，這個參考系稱作慣性參考系，牛頓運動定律不能成立參考系則是非慣性參考系．在不同參考系中觀測物體運動情況非慣性系和慣性系第3頁第3頁非慣性系和慣性系以車廂為參考系，當列車加速運營時，小球會相對于車廂加速向后運動．光滑表面第4頁第4頁非慣性系和慣性系加速運動列車是個非慣性參考系為了讓牛頓定律在非慣性系中能夠成立，引入慣性力．光滑表面第5頁第5頁非慣性系和慣性系牛頓第二定律表示式慣性力定義式“－”號表示慣性力方向與非慣性系加速度方向相反．注意不要混淆第6頁第6頁非慣性系和慣性系以加速上升電梯為參考系，我們能夠認為乘坐電梯人除了受到重力作用，還受到一個向下慣性力，重力和慣性力合力使人感受到了超重．第7頁第7頁21世紀，人類在空間站中長期生活，為了克服失重帶來不利影響，能夠?qū)⒖臻g站設(shè)計成一個大轉(zhuǎn)輪，繞軸自轉(zhuǎn)，其上各點都有一個指向轉(zhuǎn)動軸向心加速度，因此，以空間站為參考系，與它一起旋轉(zhuǎn)物體都受到一個背離轉(zhuǎn)動軸慣性力，這就是所謂人造重力．非慣性系和慣性系第8頁第8頁慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量地面靜止加速飛行引力和慣性力都能夠使物體加速下落引力質(zhì)量慣性質(zhì)量第9頁第9頁廣義相對論簡介牛頓第二定律表示式慣性力定義式“－”號表示慣性力方向與非慣性系加速度方向相反．注意不要混淆“m”應(yīng)當叫做慣性質(zhì)量．第10頁第10頁慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量事實上，到當前為止一切試驗研究都沒有找到慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量之間差別，這向我們提醒：加速運動參考系和萬有引力，兩者之間也許存在某種深刻聯(lián)系．第11頁第11頁廣義相對論簡介狹義相對論廣義相對論不同慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同真空中光速在不同慣性參考系中都是相等一個均勻引力場與一個做勻加速運動參考系等價更進一步等效原理光速恒定愛因斯坦相對性原理廣義相對性原理第12頁第12頁廣義相對論兩個基本原理能夠得出一些意想不到結(jié)論．廣義相對論簡介第13頁第13頁廣義相對論簡介在一個引力能夠忽略宇宙空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運動，船上觀測者統(tǒng)計光徑跡是一條拋物線．半透明屏光源等效原理物體引力能使光線彎曲假設(shè)飛船靜止，而在船尾存在一個巨大物體，在它引力場作用下，飛船內(nèi)物理過程受到影響．第14頁第14頁廣義相對論簡介通常物體引力場都太弱，20世紀只能觀測到太陽引力場引起光線彎曲．太陽

由于太陽引力場作用，我們有也許觀測到太陽后面恒星，最好觀測時間是發(fā)生日全食時候．195月29日，發(fā)生日全食，英國考察隊分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進行觀測，證實了愛因斯坦預(yù)言，這是對相對論最早證實．第15頁第15頁廣義相對論簡介星球強引力場能使背后傳來光線匯聚，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng)．星體星體無法觀測黑洞宇宙中很也許存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無法直接觀測，但是它巨大質(zhì)量和極小體積使其附近產(chǎn)生極強引力場，引力透鏡是摸索黑洞路徑之一．第16頁第16頁時間間隔與引力場相關(guān)引力場存在使得空間不同位置時間進程出現(xiàn)差異．

對于高速轉(zhuǎn)動圓盤，除了轉(zhuǎn)動軸位置外，各點都在做加速運動，越是靠近邊沿，加速度越大，方向指向盤心．

地面上看到：越是靠近邊沿，速度越大．依據(jù)狹義相對論，靠近邊沿部位時間進程較慢．

圓盤上人認為：盤上存在引力場，方向由盤心指向邊沿，引力勢較低，得出：引力勢較低位置，時間進程比較慢．第17頁第17頁各類星體對比宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢比地球低多，矮星表面時間進程比較慢，哪里發(fā)光頻率比同種原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移．時間間隔與引力場相關(guān)第18頁第18頁引力場存在使得空間不同位置桿長度出現(xiàn)了差異．

地面上看到：越是靠近邊沿，速度越大．依據(jù)狹義相對論，靠近邊沿部位桿長度較短．

圓盤上人認為：引力勢較低位置，桿長度越短．桿長度與引力場相關(guān)引力勢由高到低改變第19頁第19頁桿長度與引力場相關(guān)由于物質(zhì)存在，實際空間并不是均勻，空間發(fā)生了“彎曲”：點擊觀看第20頁第20頁對于時空觀結(jié)識物質(zhì)本身存在決定期空性質(zhì)時空性質(zhì)和物質(zhì)運動相關(guān)狹義相對論廣義相對論慣性系平權(quán)所有參考系平權(quán)時空觀光速恒定等效原理第21頁第21頁廣義相對論與幾何學幾何學反應(yīng)是人對空間關(guān)系結(jié)識．有史以來人們只在比較小空間尺度中接觸比較弱引力場．這種情況下空間彎曲能夠忽略，在此基礎(chǔ)上人類發(fā)