相对论简介
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时间膨胀是由于观察同一个物理过程 的参照系之间时间测量标准不同所导 致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间 相对运动时，时间会变慢，即时间膨 胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的 长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中 的物理规律与均匀引力场 中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯 性力之间的等效性，为广 义相对论的建立奠定了基 础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤 实验等验证了等效原理的 正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀 和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为 的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中， 必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构 和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效， 未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
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原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时 考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的 长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计 量的准确性和精度。
相对论简介时间与空间
相对论简介时间与空间相对论简介：时间与空间相对论是由爱因斯坦提出的一种物理学理论，它在20世纪初对整个物理学领域产生了深远的影响。
相对论主要包括狭义相对论和广义相对论两个部分，其中狭义相对论主要研究的是惯性系之间的相对运动，而广义相对论则进一步将引力纳入其中，描述了质量和能量如何影响时空的弯曲。
在相对论的世界里，时间与空间并不是独立的，它们之间存在着密切的联系和相互影响。
1. 狭义相对论中的时间与空间在狭义相对论中，爱因斯坦提出了著名的相对论性质量增加公式E=mc^2，其中c为光速。
这个公式揭示了质量和能量之间的等价关系，也揭示了时间与空间的相对性。
根据狭义相对论，时间和空间并不是绝对的，它们的流逝和长度会随着观察者的运动状态而发生变化。
这就是著名的时间膨胀和长度收缩效应。
在狭义相对论中，时间是第四维，与空间一起构成了时空。
观察者的运动状态会影响时间的流逝速度，即运动的观察者会感觉时间比静止观察者慢。
这就是时间膨胀效应。
同时，空间的长度也会因为观察者的运动状态而发生变化，即在运动方向上的长度会收缩，这就是长度收缩效应。
这些效应在高速运动和相对论性的情况下会变得非常显著，从而改变了我们对时间和空间的传统认识。
2. 广义相对论中的引力与时空弯曲广义相对论进一步将引力引入了相对论的框架中，提出了时空的弯曲概念。
根据广义相对论，质量和能量会使时空发生弯曲，物体沿着弯曲的时空轨迹运动。
这就是著名的引力弯曲效应。
引力不再被看作是两个物体之间的吸引力，而是由于时空的弯曲而产生的效应。
在广义相对论中，时空被看作是一个整体，质量和能量会使时空产生弯曲，而时空的弯曲又会影响物体的运动轨迹。
这种理论在解释宇宙中大规模结构和引力现象时具有重要意义。
例如，黑洞就是由于极端的引力弯曲了时空，使得周围的物体无法逃离其吸引力范围。
3. 时间与空间的统一相对论的提出颠覆了牛顿力学的经典观念，重新定义了时间与空间的关系。
时间与空间不再是独立的，它们被统一在时空的概念中。
简介相对论
简介相对论
相对论是现代物理学的理论基础之一。
论述物质运动与空间时间关系的理论。
20世纪初由爱因斯坦创立并和其他物理学家一起发展和完善，狭义相对论于1905年创立，广义相对论于1916年完成。
19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家）麦克斯韦（1831~1879年）电磁理论趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”，但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时，发现一系列尖锐矛盾，对经典时空观产生疑问。
爱因斯坦对这些问题，提出物理学中新的时空观，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，创立相对论。
狭义相对论提出两条基本原理。
（1）光速不变原理。
即在任何惯性系中，真空中光速c都相同，与光源及观察者的运动状况无关。
（2）狭义相对性原理是物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说都相同。
广义相对论
爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）。
该理论认为引力是由空间——时间几何（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量.
广义相对论：爱因斯坦的基于光速对所有的观察者（而不管他们如何运动的）必须是相同的观念的理论。
它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释。
狭义相对论和万有引力定律，都只是广义相对论在特殊情况之下的特例。
狭义相对论是在没有重力时的情况；而万有引力定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况。
600千米的距离观看十倍太阳质量黑洞模拟图
在600千米的距离上观看十倍太阳质量的黑洞（模拟图），背景为银河系。
相对论(special relativity)——爱因斯坦
爱因斯坦生平简介
• 啊尔伯特· 爱因斯坦犹太人，于1879 年诞生于德国，1895年迁居瑞士。 小时候的他并不显得才华出众，中 学没有毕业就退了学，16岁自学掌 握微积分，曾在瑞士的苏黎世的啊 劳州立中学补习过功课。世界十大 杰出物理学家之一，现代物理学的 开创者、集大成者和奠基人。作为 20世纪犹太裔理论物理学家，爱因 斯坦创立了相对论——现代物理学 的两大支柱之一（另一个是量子力 学），其质能方程E = mc2 著称于 世，并因为“对理论物理的贡献， 特别是发现了光电效应”的规律而 获得1921年诺贝尔物理学奖。1955 年4月18日，爱因斯坦因病逝世。
狭义相对论的本质
• 狭义相对论导致了对空间和时间的物理概念的清楚认识， 并且由此认识到运动着的量杆和时钟的行为。它在原则上 取消了绝对同时性概念，从而也取消了牛顿所理解的那个 即时超距概念。它指出，在处理同光速相比不是小到可忽 略的运动时，运动定律必须加以怎样的修改。它导致了麦 克斯韦电磁场方程的形式上的澄清；特别是导致了对电场 和磁场本质上的统一性的理解。它把动能守恒和能量守恒 这两条定律统一成一条定律，并且指出了质量同能量的等 效性。从形式的观点来看，狭义相对论的成就可以表征如 下：它一般的指出了普适常数c（光速）在自然规律中所 起的作用，并且表明以时间作为一方，空间坐标作为另一 方，两者进入自然规律的形式之间存在着密切的联系。
相对论（special relativity）——爱因斯坦
——12物理一班柳菊荟
相对论概述
相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一。 包括了狭义相对论和广义相对论两部间统一性和相对性，建立了新的时空观。广 义相对论把相对论原理推广到非惯性参考系和弯 曲空间，从而建立了新的的引力理论，在相对论 建立过程中爱因斯坦起了主要作用。
相对论简介
【相对论的诞生】 狭义相对论的两个基本假设 1、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都 是相同的。 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相 同的，光速与光源、观察者间的相对运动 没有关系。
【相对论的诞生】 问题一： 1.电磁波速度 C=3.0×108m/s 是相对 于什么参考系而言？ 2.当波源相对于参考系运动时，波速 是否发生变化？
相对论简介
自然界和自然界的规律， 隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿诞生吧，” 于是一切尽显光明。 上帝说完，多少年之后…… 魔鬼说：“让爱因斯坦诞生吧，” 于是一切又回到黑暗之中。
深奥难懂的相对论，以不深奥、不难懂的原理为基础。
19世纪末物理学取得的成就
黑体 辐射 光速
热 力 学 与 统 计 物 理
t0 v 1 c
2
h
2
(0.5vt )2 c2
【时间、空间的相对性】
二、时间的“延缓”
t
t0 v 1 c
2
1.“天上一日，地下一年”实质为时间的相对性。
2.在运动的环境中，物质的物理、化学、生命演化 过程均变慢。
【时间、空间的相对性】
二、时间的“延缓”
【广义相对论】 广义相对论，打开了宇宙探索之门 人世间最不可理解的事情是宇宙是可 以理解的。 ——爱因斯坦
t
t0 v 1 c
2
实例： 子在低速运动时平均寿命为3.0 s；
宇宙射线中的子以光速运动时，寿命远大于3.0 s。
【时间、空间的相对性】
“经典物理学”与“相对 论”
时空观的对立统一 1.经典物理学为“静止”的时空观，物质是否存在、 做什么运动，对空间本身没有影响； 相对论则认为空间、时间与物质的运动状态有关。 2.低速世界中，适用经典时空观； 高速世界中，适用相对论时空观。
相对论到底是怎么回事？ - 江西文化信息资源网
伸长系数怎么算，很简单，两个C值比一下就出来
C (C V )(C V )
c c2 c (c v)(c v)
• 解决伸长问题的办法是：追求正确测量。 让目标长度不变化，即系数变成1。伸长了， 把它压缩回来。假设C=5，V=4，坐标运动 速度24万公里每秒。代进去一算，不就完 了么？实际情况还真就是那么回事，因为
拿μ介子“寿命延长”作为“钟慢效应”的证据，更 是牛头不对马嘴
• μ介子寿命不是生死型的，而是跟半衰期相 类似的一种衰变计算方法。（2.7倍衰变） 所以只要粒子有足够质量它就可以跑得足 够远。 • 介子以光速进入大气层，它的动能转化 为静止能量，由于质能是相当的，我们认 为它质量增加了，“寿命”就延长了。这 是广义相对论效应，即动力学效应。广义 相对论是引力理论。
• 二是他对于光速不变的理解是肤浅的，不准确的。他说明了光速是指 真空中的速度，但没有说明是指平均速度，还是指瞬时速度？而他实 际上说的是平均光速，狭义相对论的速度加法定理，说明其 所指为平均速度。所以被实验证伪。
狭义相对论速度加法定理
• 用以下公式进行速度合成，可保证任何两 个坐标系运动速度合成，结果都不会超过 光速。这是光速不变的数学表达式,这公式 只能在没有物质的绝对空间使用，现实不 能用
质能相当的关系式是
• 式中E是物质总能量，C是光速。一个火柴 盒那么多的物质拥有的核能，相当于一列 火车拉的煤燃烧发出的化学能量。E mc分为三个层次：
• 一、感觉的真实性：如看电影的人物故事 • 二、信息的真实性：如银幕上的画面实际 是不动的，每秒钟过24张。（电视是25张） • 三、本体的真实性：电影放映机上面小小 胶片才是本体。
l • l 是收缩后长度，是原来长度
高中物理 第十五章 相对论简介 第1、2节 相对论的诞生
惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观
察 不一定是同时的 。
2．长度的相对性 (1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做 相对运动 而不同。 (2)相对论的时空观：长度也具有 相对 性,一条沿自身长度方 向运动的杆,其长度总比杆 静止 时的长度小。设相对于杆静止的观 察者认为杆的长度为 l0,与杆有相对运动的人认为杆的长度为 l,杆
1．[多选]根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论 ( ) A．任何力学规律在惯性系中都是相同的 B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同 C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在 匀速运动 D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在 匀速运动 解析：伽利略的相对性原理是力学规律在任何惯性系中都是相 同的，故选项 A 正确，B 错误；根据伽利略相对性原理的另 一种表述，选项 C 正确，D 错误。 答案：AC
第 1、2 节
相对论的诞生 时间和空间的相对性
1．爱因斯坦狭义相对论的两个基本假 设：在不同的惯性参考系中，一切物 理规律都是相同的；真空中的光速在 不同的惯性参考系中都是相同的。
2．时间和空间的相对性：“动尺变短”、 “动钟变慢”。
一、相对论的诞生
1．经典的相对性原理 (1)惯性系： 牛顿运动 定律能够成立的参考系。相对一个惯性 系做 匀速直线 运动的另一个参考系也是惯性系。 (2)伽利略相对性原理：力学 规律在任何惯性系中都是相同的。
2．“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt＝
Δτ 中， 1－vc 2
Δτ 是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发
第十二章 相对论简介
第十二章相对论简介§12.1 狭义相对论的历史背景§12.1.1 麦克斯韦方程建立引起的问题§12.1.2 菲索与迈克耳孙—莫雷实验§12.1.3 关于相对性原理的思考第十二章相对论简介§12.1 狭义相对论的历史背景§12.1.1 麦克斯韦方程建立引起的问题1865年麦克斯韦预言了电磁波的存在.机械波的传播介质是弹性连续介质.电磁波的传播介质？——以太(Aether)麦克斯韦方程不具备伽利略变换的不变性.以太是否存在？§12.1.2 菲索与迈克耳孙——莫雷实验由经典理论,由B处分成的两束光回至B处时间差为k 为曳引系数, 0<k <1 水速v <<c菲索实验认为以太被部分拖动. 对于空气可认为不被曳引. 2. 迈克孙—莫雷实验设计初想: 测出地球相对于以太的运动速度. 基本原理：光相对绝对参照系 c , 光相对运动系(地球) c ¢,运动系(地)相对绝对系v , 利用干涉条纹移动测 c ¢ .(可测) (已知) (推知)地球相对以太的速度 （公转速度）光沿①(GM 2)往返一次的时间为⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=kv n c kv n c l t )/(1)/(12Δ22/4Δc l kvn t ≈vc c-='干涉条纹v c l v c l t ++-=1)/11(222c v c l -=)1(222c v c l +≈光沿②往返一次的时间为将干涉仪转90°，得时间差的改变，对应光程差的改变，从而引起干涉条纹的移动。
实验结果：无条纹的移动。
迈克耳孙－莫雷实验否定了“以太”的存在。
§12.1.3 关于相对性原理的思考经典力学是建立在绝对时空观的基之上. 爱因斯坦建立了相对论时空观.往 2 c 'vc 返2 c 'v c M 222222222v c l vc l vc l t -=-+-=21(222cv c l +≈21Δt t t -=22c v c l ≈222Δ2c v c l t ≈。
相对论包括狭义相对论和广义相对论
相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别极 大，很难被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大， 但又弄不懂这伟大的内容，人们想起了英国诗人波谱歌 颂牛顿的诗句:
Nature and Nature's laws lay hid in night: 自然与自然规律隐藏在黑暗之中
God said, Let Newton be! 上帝说,“让牛顿来吧”, And all was light. 于是一切化为光明。
y y
以甲车为参考系：
乙车的速度：v乙甲= 10米/秒
O z
甲车 乙车
v乙地= v甲地+v乙甲
v甲地t z
O
x
x
1. 伽利略变换 坐标变换分量式:
x x ut y y z z t t
S系(建立在地面上)和S 系(建立 在甲车上)的坐标轴相互平行, 且S 系 相对于S系沿 +x 方向以速率u(= v甲地) 运动，当 O 和O 重合时，设t = t = 0。 令vx= v乙地，v′x=v乙甲 y y
和“绝对空间”。 《自然哲学的数学
原理》 那么，相对论是如何提出的呢?
二、你也可能提出相对论
甲、乙两列火车从同一地点出发沿相同方向作匀速直线运动， 甲车相对于地面速度 20米/秒，乙车相对于地面速度 30米/ 秒，乙车相对于甲车的速度为多少？ 以地面为参考系： 甲车的速度：v甲地= 20米/秒， 乙车的速度：v乙地= 30米/秒
速度变换分量式：
vx v x u v y v y v z v z
O z
甲车
乙车
v甲地t O z
x
x
vx= u + v'x —伽利略变换
加速度变换式：
知识讲解 相对论简介
相对论简介【学习目标】1．理解经典的相对性原理．2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾．3．理解狭义相对论的两个基本假设．4．理解同时的相对性．5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性．6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的7．知道相对论的速度叠加公式．8．知道相对论质量．9．知道爱因斯坦质能方程．10．知道广义相对性原理和等效原理．11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证．【要点梳理】【高清课堂：相对论简介】要点一、相对论的诞生1．惯性系和非惯性系牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系．相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．2．伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的．这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．3．麦克尔逊—莫雷实验（1）实验装置，如图所示．（2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动．（3）实验原理：如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明暗相间的条纹．如果射向1M 和2M 的光速不相同，就会造成干涉条纹的移动．我们知道地球的运动速度是很大的，当我们将射向M 的光路逐渐移向地球的运动方向时，应当看到干涉条纹的移动，但实际结果却看不到任何干涉条纹的移动．因此，说明光在任何参考系中的速度是不变的，它的速度的合成不满足经典力学的法则，因此需要新的假设出现，为光速不变原理的提出提供有力的实验证据．（4）实验结论：光沿任何方向传播时，相对于地球的速度是相同的．4．狭义相对论的两个基本假设（1）狭义相对性原理．在不同的惯性参考系中，一切物理定律总是相同的．（2）光速不变原理．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．【高清课堂：相对论简介】要点二、时间和空间的相对性1．“同时”是相对的A B 、两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关．汽车以较快的速度匀速行驶，车厢中央的光源发出的闪光，对车上的观察者，这个闪光照到车厢前壁和后壁的这两个事件是同时发生的．对车下的观察者，他观察到闪光先到达后壁后到达前壁．这两个事件是不同时发生的．2．长度的相对性（尺缩效应）长度的测量方法：同时测出杆的两端M N 、的位置坐标．坐标之差就是测出的杆长．如果与杆相对静止的人认为杆长为0l ．与杆相对运动的人认为杆长为l ．则 201v l l c ⎛⎫=- ⎪⎝⎭． 一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，而在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．3．时间间隔的相对性（钟慢效应）某两个事件在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔不一样．在与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ∆，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为t ∆． 21t v c ∆=⎛⎫- ⎪⎝⎭．4．相对论的时空观相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关．经典物理则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有什么联系．虽然相对论更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．【高清课堂：相对论简介】要点三、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式相对论认为，如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v ，车上的人以速度u ＇沿着火车前进的方向相对火车运动，那么这个人相对地面的速度2''1u v u u v c+=+． 理解这个公式时请注意：（1）如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反，则u ＇取负值．（2）如果v c ，'u c ，这时2'u v c 可忽略不计，这时相对论的速度合成公式可近似变为u u v =+＇（3）如果u ＇与v 的方向相垂直或成其他角度时，情况比较复杂，上式不适用．2．相对论质量相对论中质量和速度的关系为m =．理解这个公式时请注意：（1）式中0m 是物体静止时的质量（也称为静质量），m 是物体以速度v 运动时的质量．这个关系式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）v c 时，近似地0m m =．（3）微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于光子质量．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，回旋加速器的加速能量因此受到了限制．3．质能方程爱因斯坦质能关系式：2E mc =．理解这个公式请注意：（1）质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应．（2）静止物体的能量为200E m c =，这种能量叫做物体的静质能．每个有静质量的物体都具有静质能．（3）对于一个以速率v 运动的物体，其动能222001)k E m c mc m c =-=-．（4）物体的总能量E 为动能与静质能之和，即20k E E E mc =+=（m 为动质量）．（5）由质能关系式可知2E mc ∆=∆．（6）能量与动量的关系式E ∆= 【高清课堂：相对论简介】要点四、广义相对论、宇宙学简介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的框架．（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：爱因斯坦把狭义相对性原理从匀速和静止参考系推广到做加速运动的参考系，认为所有的参考系都是平权的，不论它们是惯性系还是非惯性系，对于描述物理现象来说都是平等的．（2）等效原理：在物理学上，一个均匀的引力场等效于一个做匀加速运动的参考系．3．广义相对论的几个结论（1）光线在引力场中偏转：根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越厉害．通常物体的引力场都太弱，但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲．（2）引力红移：按照广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．例如，在强引力的星球附近，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象．光谱线的这种移动是在引力作用下发生的，所以叫“引力红移”．（3）水星近日点的进动：天文观测显示，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点（或远日点）有进动（行星绕太阳一周后，椭圆轨道的长轴也随之有一点转动，叫做“进动”），这个效应以离太阳最近的水星最为显著．广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所证实．还有其他一些事实也支持广义相对论．目前，广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥主要作用．（4）时间间隔与引力场有关，引力场的存在使得空间不同位置时间进程出现差别．（5）杆的长度与引力场有关．空间不是均匀的，引力越大的地方，长度越小．4．大爆炸宇宙学宇宙起源于一个奇点，在该奇点，温度为无穷大，密度为无穷大，空间急剧膨胀，即发生宇宙大爆炸．之后，宇宙不断膨胀，温度不断降低，大约经历200亿年形成我们今天的宇宙．宇宙还处于膨胀阶段，未来将会怎样演化，目前还不能完全确定．要点五、本章知识结构要点六、专题总结1．时空的相对性（1）“同时”的相对性：在经典的物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的两个假设，同时是相对的．（2）“长度”的相对性：①如果与杆相对静止的人认为杆长是0l ，与杆相对运动的人认为杆长是l，则两者之间的关系为：l l = ②一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小．（3）“时间间隔”的相对性：运动的人认为两个事件时间间隔为τ∆，地面观察者测得的时间间隔为t ∆，则两者之间关系为：t ∆=．2．质速关系与质能关系（1）质速关系物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量0m 之间的关系：m =（2）质能关系①相对于一个惯性参考系以速度v 运动的物体其具有的相对论能量2E mc ===．其中200E m c =为物体相对于参考系静止时的能量．②物体的能量变化E ∆与质量变化m ∆的对应关系：2E mc ∆∆=．【典型例题】类型一、相对论的诞生例1如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一质量为 5 kg m =的小球，正随车厢一起以20 m/s 的速度匀速前进．现在给小球一个水平向前的 5 N F =的拉力作用，求经过10 s 时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？【思路点拨】力学规律在任何惯性系中都是相同的．【答案】见解析【解析】对车上的观察者：物体的初速00v =，加速度21m/s F a m==， 经过10 s 时速度110 m/s v at ==．对地上的观察者解法一：物体初速度020 m/s v =，加速度相同21m/s F a m==． 经过10 s 时速度2030 m/s v v at =+=．解法二：根据速度合成法则()210 1020 m/s 30 m/s v v v =+=+=．【总结升华】在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s ，另一个30 m/s ，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则．也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的．例2 考虑几个问题：（1）如图所示，参考系O ＇相对于参考系O 静止时，人看到的光速应是多少？（2）参考系O ＇相对于参考系O 以速度v 向右运动，人看到的光速应是多少？（3）参考系O 相对于参考系O ＇以速度v 向左运动，人看到的光速又是多少？【答案】三种情况都是c ．【解析】根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c ，第二种情况应是c v +，第三种情况应是c v -，此种解法是不对的，而根据狭义相对论理论知，光速是不变的，都应是c ．【总结升华】麦克耳孙——莫雷实验证明了光速在任何惯性参考系中的速度是不变的，对于高速物体，伽利略速度合成法则不再适用．类型二、时间和空间的相对性例3（2014 长沙模拟)(1)某火箭在地面上的长度为L 0，发射后它在地面附近高速(约0.3c )飞过，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象，以下说法正确的是________。
简单说明相对论
简单说明相对论
相对论是一种物理学理论，主要由爱因斯坦在20世纪初提出。
这一理论主要涉及到时间、空间和引力的相互关系，并对经典牛顿力学提出了挑战。
相对论的核心思想是，物理规律在不同参考系中是相对的，即物理规律在不同的速度和引力场中会发生改变。
相对论的一个重要概念是光速不变原理，即在任何参考系中，光速都是恒定不变的。
这意味着，无论观察者是静止的还是运动的，他们测量光速都会得到相同的结果。
这一概念颠覆了牛顿力学中的绝对时间和空间观念，引入了时间和空间的相对性。
根据相对论，当物体的速度接近光速时，时间会变得相对缓慢，长度会变短，质量会增加。
这被称为时间膨胀、长度收缩和质量增加效应。
这些效应在日常生活中是微不足道的，但在高速运动和强引力场中会变得显著。
相对论还提出了著名的质能方程E=mc²，其中E代表能量，m代表物体的质量，c代表光速。
这个方程表明，质量和能量是等价的，并且互相转化。
这一方程的发现对核能和宇宙学的发展产生了深远的影响。
相对论对现代科学和技术的发展有着重要的影响。
它解释了宇宙中的各种现象，如黑洞、星系的运动、宇宙膨胀等。
相对论还是GPS 导航系统正常运行的基础，因为在高速运动下，时间膨胀效应会对
导航信号产生微小的影响。
相对论是一种革命性的物理学理论，它改变了我们对时间、空间和引力的理解。
通过相对论的研究，我们更深入地认识了宇宙的奥秘，并取得了众多科学和技术上的突破。
相对论的重要性不仅体现在科学研究中，也对我们的日常生活产生了重要影响。
相对论简介_相对论的诞生
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15.1 相对论的诞生 1.1 经典相对性原理
(3)经典相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的。 或：在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这 个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。 或：任何惯性系都是平权的。 伽利略在《关于两种世界体系的对话》一书中，对 船舱里观察到的现象有一段生动的描述可以帮助我们理 解这一原理：
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15.1 相对论的诞生 1.2 狭义相对的两个基本假设
ⅰ.狭义相对性原理 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 即一些物理量在不同的惯性系中其值可能不同，但 是，它们所遵循的物理规律的数学形式相同。 ⅱ.光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 即光速c与光源无关，光速c与观察者的相对运动无 关，光速c与所选的参考系无关。大量的实验已经充分 地证实了这一点。
15.1 相对论的诞生 1.2 经典相对性原理与电磁规律
麦克斯韦电磁理论关于电磁波即光波的传播结论是： 真空中的光速c是一个与光源及参考系无关的量。 根据这个结论，设事件P为光源沿 y y’ x方向发出的一个光脉冲，那么，在S 系中测其速度为c。而在S’系中测其 v 速度应为c’=c-v,得c’＜ c! P S S’ 可见，在这个问题上物理理论不 是自洽的，协调这一问题导致了相对 论的创立！
小
结
一、伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的 二、相对性原理与电磁规律发生矛盾 三、狭义相对论的两个基本假设 1、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的， 光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
相对论简介(张菡)
不同的惯性
任何参考系
参考系中一 更进一步 （包括非惯性
广义 相对
性原
切物理规律
系）中物理规
性原
理
都是相同的
律都是相同的
理
光
真空中的光
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恒
性参考系中
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都是相等的
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效
匀加速运动的
原
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理
S
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A vΔt1
A
B v B
在地面参考系S中观察者测得的长度为相对自己运动 时的长度l，使用的时间为坐标时间间隔Δt，在激光向右 到达平面镜B的过程中满足： l+vΔt1=cΔt1; 向左回到A的过程中满足： l－vΔt2=cΔt2;
vΔt2 B
而：Δt1 Δt2 Δt
Δt0
2
1
在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理 学家，威廉·汤姆孙，回顾了物理学在过去几百年中的发展， 充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学 家只要做一些修修补补的工作就可以了。
但同时他也承认“明朗的天空中还有两朵小小的、令 人不安的乌云”
与黑体辐射有 关
量子理论诞生
与光速问题有 关
到目前为止，这两个基本原理的所有推论都与 事实相符，这就证明了它的正确性
思考一个问题：老师站在讲台前提问，坐在同一排上的
一前一后的同学A 和同学B 举手了，老师说：“我看到两
位同学同时举手了。”那么，按照你们现有的理论分析一 下：两位同学的确是同时举手的吗？
对于“同时”的准确理解：两事件发 生地离开观察者的距离相同，且观察者同 时接收到两事件发出的光线。
相对论简介：时间真的会变慢吗？
相对论简介：时间真的会变慢吗？相对论是现代物理学中的重要理论之一，由爱因斯坦在20世纪初提出。
它颠覆了牛顿力学的观念，提出了一种全新的描述时空的方式。
其中一个最为人所熟知的概念就是时间的相对性。
在相对论中，时间并不是一个绝对的概念，而是与观察者的运动状态有关。
本文将介绍相对论的基本原理，并探讨时间是否真的会因为运动而变慢。
相对论的基本原理相对论有两个基本原理：狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论主要研究惯性系之间的相对运动，而广义相对论则考虑了引力场的影响。
狭义相对论狭义相对论的核心思想是光速不变原理和等效原理。
光速不变原理指出，在任何惯性系中，光速都是一个恒定不变的值。
等效原理则表明，任何惯性系中的物理定律都应该具有相同的形式。
根据狭义相对论，当两个惯性系相对运动时，时间会发生变化。
具体来说，当一个观察者以接近光速的速度运动时，他所测量到的时间会比静止观察者所测量到的时间慢下来。
这就是著名的时间膨胀效应。
广义相对论广义相对论进一步推广了狭义相对论的观念，考虑了引力场的影响。
根据广义相对论，物体在引力场中运动时，时间也会发生变化。
具体来说，当一个物体处于较强的引力场中时，时间会变得更慢。
广义相对论还提出了著名的时空弯曲概念。
根据爱因斯坦的理论，质量和能量会使时空发生弯曲，而其他物体则沿着这个弯曲的时空路径运动。
这就解释了为什么物体在引力场中会受到引力作用。
时间膨胀实验证据虽然理论上预测了时间膨胀效应，但科学家们还是进行了大量实验证明这一现象的存在。
高速粒子加速器实验高速粒子加速器是一种用来加速粒子至接近光速的设备。
通过观察加速器中的粒子，科学家们发现，当粒子接近光速时，它们的寿命会延长，即时间会变慢。
这与相对论的预测相符。
卫星导航系统卫星导航系统（如GPS）是现代社会中广泛使用的定位技术。
由于卫星在地球上空高速运动，它们所处的引力场较弱，因此时间会比地面上的观察者快。
为了保证导航系统的准确性，科学家们必须考虑到这种时间膨胀效应。
相对论简介：时间与空间
相对论简介：时间与空间相对论是由爱因斯坦提出的一种物理学理论，它在20世纪初彻底改变了人们对时间和空间的认识。
相对论分为狭义相对论和广义相对论两个部分，其中狭义相对论主要研究的是惯性系之间的相对运动，而广义相对论则将引力纳入考虑，描述了引力场对时空的影响。
在相对论的世界里，时间和空间并不是绝对的，而是相对的，它们之间存在着密切的联系和相互影响。
一、狭义相对论：时间的相对性狭义相对论最重要的观点之一就是时间的相对性。
在牛顿力学中，时间被认为是绝对的，所有的时钟都是同步的，时间的流逝是均匀的。
然而，爱因斯坦在提出狭义相对论时指出，时间的流逝并不是绝对的，而是与观察者的运动状态有关。
具体来说，当两个观察者相对运动时，他们所测量的时间会出现差异，这就是著名的双生子悖论。
双生子悖论是相对论中的一个经典问题，假设有一对双生子，其中一个留在地球上，另一个搭乘飞船飞往宇宙深处并返回。
由于飞船的速度接近光速，根据狭义相对论的时间膨胀效应，飞船上的双生子会比地球上的双生子年轻。
这个悖论揭示了时间的相对性，即时间的流逝并不是绝对的，而是取决于观察者的运动状态。
二、狭义相对论：长度的收缩除了时间的相对性，狭义相对论还提出了长度的收缩效应。
根据洛伦兹变换，当物体以接近光速的速度运动时，其长度会在运动方向上发生收缩，这被称为洛伦兹收缩。
这一效应在日常生活中并不明显，因为我们通常的运动速度远远小于光速，但在高速运动的粒子加速器中，这一效应却得到了验证。
长度的收缩效应与时间的相对性一样，揭示了空间的相对性。
在相对论的世界里，空间并不是一个固定不变的背景，而是随着观察者的运动状态而发生变化。
这种对空间的重新理解，彻底颠覆了牛顿时代对时间和空间的观念，开启了一场对时空本质的深刻探索。
三、广义相对论：引力场与时空弯曲广义相对论是爱因斯坦在狭义相对论的基础上发展起来的，它将引力纳入了时空的描述之中。
根据广义相对论，质量和能量会扭曲时空，形成引力场，而物体在引力场中运动的轨迹是沿着时空的弯曲线来进行的。
穿越时空的奇妙旅程相对论简介
穿越时空的奇妙旅程相对论简介穿越时空的奇妙旅程——相对论简介相对论是现代物理学中的一项重要理论，描述了物体在高速运动或强引力场中的行为。
通过相对论可以更好地理解时间、空间和质量之间的关系，带我们踏上了一场穿越时空的奇妙旅程。
一、狭义相对论狭义相对论是相对论的最初版本，由阿尔伯特·爱因斯坦于1905年提出。
它主要涉及到物体在相对运动中的时间、长度和质量的度量差异。
1. 时间膨胀：狭义相对论指出，当物体以接近光速的速度运动时，与其相对静止的观察者会感觉到时间的“膨胀”。
简单来说，相对静止的观察者会觉得运动中的物体时间变得更慢。
这就意味着，当一个人从地球出发以接近光速的速度探索宇宙时，返回地球的时候，地球上已经过去了更长的时间。
2. 长度收缩：在狭义相对论中，还存在着所谓的“长度收缩”现象。
当物体以接近光速的速度移动时，与其相对静止的观察者会觉得物体沿运动方向收缩。
与之相对的是，在物体自身参考系中，长度不会发生变化。
3. 质量增加：狭义相对论还揭示了质量与速度之间的关系。
当物体以高速运动时，根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，物体的质量会增加。
质量增加意味着物体需要更多的能量来保持其运动状态。
二、广义相对论广义相对论是对狭义相对论的扩展，由爱因斯坦在1915年提出。
广义相对论主要涉及到引力和曲率时空。
1. 引力与时空弯曲：广义相对论认为，质量和能量会使时空发生弯曲，形成一种类似于弹性绷带的结构。
其他物体受到这种弯曲的影响，就像在弹性绷带上滑动一样。
这就是我们常说的引力。
2. 引力透镜效应：广义相对论预测了引力透镜效应。
当光线经过质量较大的物体附近时，会发生折射使光线的路径弯曲。
这种现象已经被多次观测到，验证了广义相对论的正确性。
3. 引力波：广义相对论还预测了引力波的存在。
引力波是由强大的引力场中物体和能量的运动而产生的涟漪效应。
2015年，科学家首次直接探测到引力波，并为爱因斯坦的理论赢得了诺贝尔物理学奖。
相对论简介时间与空间
相对论简介时间与空间相对论作为现代物理学中的重要理论，深刻影响着我们对时间和空间的理解。
它由爱因斯坦在20世纪初提出，并在随后的发展中得到了不断完善和验证。
本文将简要介绍相对论的基本概念，探讨时间与空间在相对论中的变化和联系。
1. 相对论的起源与基本原理相对论的核心原理是：物理定律在所有惯性参考系中都应该具有相同的形式。
这一理念挑战了牛顿力学时空观念的传统观念，提出了全新的时空观念。
爱因斯坦在其著名的论文中提出了狭义相对论和广义相对论两大理论，从而开创了现代物理学的新纪元。
2. 狭义相对论中的时间与空间在狭义相对论中，时间与空间被统一为时空，构成了四维时空。
这四维时空的度量方式不同于经典物理学中的绝对时间和空间观念。
引入了时间的相对性和长度的收缩效应，使得时间与空间的关系更加紧密，互为影响。
3. 相对论导致的时间间隔与尺度变化相对论的重要结论之一是相对论速度效应。
根据相对论理论，运动物体的时间流逝速度会随着速度的增加而发生变化，即时间间隔会出现相对性。
同时，长度的收缩效应也导致了空间尺度的变化，这些效应在高速运动和强引力场中尤为明显。
4. 广义相对论中的引力与时空弯曲广义相对论将引力解释为时空的弯曲效应，即质量和能量会扭曲周围的时空结构。
爱因斯坦场方程描述了质量能量与时空弯曲之间的关系，从而揭示了万有引力的本质。
在广义相对论中，时间与空间的交互更加紧密，形成了统一的时空观。
5. 总结相对论作为一项革命性的物理理论，深刻改变了我们对时间与空间的认识。
通过狭义相对论和广义相对论的建立，我们开启了一段全新的物理学探索之旅。
时间与空间不再是孤立存在的概念，而是相互联系、相互影响的统一时空结构。
在今后的研究中，相对论将继续引领我们对宇宙本质的探索，揭示更多隐藏在时间与空间背后的奥秘。
以上是对相对论在时间与空间方面的简要介绍，希望能带给您对这一领域的新的思考与启发。
相对论简介时间与空间
相对论简介时间与空间相对论是现代物理学的重要理论之一，由爱因斯坦在20世纪初提出。
它对于我们理解时间和空间的本质起到了革命性的作用。
本文将介绍相对论的基本概念和原理，探讨时间和空间在相对论中的变化和相互关系。
狭义相对论狭义相对论是相对论的最基本形式，主要研究高速运动下的物体和光的行为。
在狭义相对论中，时间和空间不再是绝对的，而是与观察者的参考系有关。
时间的相对性根据狭义相对论，时间不再是一个普遍逝去的量，而是与观察者的运动状态有关。
当两个观察者相对运动时，他们所测量到的时间会有差异。
这种现象被称为时间膨胀效应。
空间的相对性与时间类似，空间也不再是绝对的。
观察者在不同的参考系中测量到的空间长度可能会有差异。
这种现象被称为长度收缩效应。
光速不变原理狭义相对论的一个重要原理是光速不变原理。
无论观察者的运动状态如何，他们所测量到的光速都是相同的。
这意味着时间和空间的变化是为了保持光速不变。
广义相对论广义相对论是相对论的更一般形式，主要研究引力和物质之间的相互作用。
在广义相对论中，引力被解释为时空的弯曲。
弯曲时空根据广义相对论，物质和能量会使时空发生弯曲。
这种弯曲会影响物体的运动轨迹和时间流逝速度。
例如，质量较大的物体会产生更强的引力场，使周围的时空弯曲得更厉害。
引力红移由于时空的弯曲，光在引力场中传播时会发生频率变化。
这种现象被称为引力红移，即光的频率向低频偏移。
引力红移是广义相对论的一个重要预言，并已经通过实验证实。
黑洞广义相对论还预言了黑洞的存在。
黑洞是一种极度弯曲时空的区域，其引力非常强大，甚至连光都无法逃离。
黑洞的研究对于理解宇宙的演化和结构起到了重要作用。
结论相对论是现代物理学的重要理论，它改变了我们对时间和空间的认识。
狭义相对论揭示了时间和空间的相对性，而广义相对论则将引力与时空的弯曲联系起来。
通过深入研究相对论，我们可以更好地理解宇宙的本质和运行机制。
注：本文仅为相对论的简介，涉及到的概念和原理并不详尽。
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惯性力是参照系运动特征，是“不真实的”，因 为等效，引力是否可以认为也是“不真实的”？爱因 斯坦作出肯定的回答，引力也只不过是空间和时间的 特征
引力和惯性力不可区分→惯性系和非惯系不可区分
广义相对论简介
狭义相对论
广义相对论
爱因 斯坦 相对
不同的惯性
任何参考系
参考系中一 更进一步 （包括非惯性
广义 相对
初期科研情况
1901年——1篇论 文 1902年——2篇论文
1903年——1篇论文
1904年——1篇论文
1905年，爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前 例奇迹。这一年他写了六篇论文，在三月到九月这 半年中，利用在专利局每天八小时工作以外的业余 时间，在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献， 他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运 动理论和狭义相对论这四篇重要论文。
爱因斯坦密封仓实验
仓内的人想通过力学实验判断仓是惯性系还 是非惯性系
m a
地球
a m
a 无地球
实验结果: 仓内所有物体都会自由下落,下落的 加速度与物体属性无关.
他对实验解释: ①仓是惯性系: 自由下落是地球引力场造成--引力效果 ②仓是非惯性系: 自由下落是仓在太空中向上加速飞行造成 ---惯性力效果
为什么电磁规律 对两个惯性系不 一样了呢？
麦克耳孙一莫雷实验
• 1887年的麦克耳 孙--莫雷实验得到 的结果：
• 不论光源与观察者 做怎样的相对运动， 光相对于观察者的
速度都是一样的!
是经典相对性原理有问题，还是麦克斯韦电磁 理论出了毛病 ？
狭义相对论简介 狭义相对论的两个基本假设
狭义相对性原理： 在不同的惯性参考 系中，一切物理规 律都是相同的
相对论质量是 能量的量度
一定的质量相对 应于一定的能量
非惯性系和惯性系
如果在一个参考系中牛顿定律能够成立，这个 参考系称作惯性参考系，牛顿运动定律不能成立的参 考系则是非惯性参考系．
结果会相同吗？
在不同参 考系中观 察物体的 运动情况
非惯性系和惯性系
a a
光滑表面
以车厢为参考系，当列车加速运行时，小球会相 对于车厢加速向后运动．
• 有一次，一个美国记者问爱因斯坦关于他成 功的秘决。他回答：“早在1901年，我还是 二十二岁的青年时，我已经发现了成功的公 式。我可以把这公式的秘密告诉你，那就是 A=X+Y+Z! A就是成功，X就是努力工作，Y 是懂得休息，Z是少说废话！这公式对我有用， 我想对许多人也是一样有用。”
相对论简黑介体辐两射朵乌云
结论: 通过力学实验不能区分仓是惯性系还是非惯 性系.如果任何物理实验都不能区分仓是惯 性系还是非惯性系 →引力和惯性力是等效的（等效原理）
如果爱因斯坦仓在一个恒星表面附近自由下落,以 此仓为参照系,内部空间的引力与惯性力刚好抵消,无 需引入任何看不到来源的力，牛顿第二定律完全适用
真正的惯性系
考虑到完全空间引力场的不均匀性，上面应该称为 局域惯性系
要的里程碑．
经典的相对性原理
• 如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个 参考系就叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速 直线运动的另一个参考系也是惯性系。
• 早在1632年，伽利略就已经在《关于两个世界 的对话》一书中指出：在一艘平稳行驶的大船 里，无法通过船上得到的物理规律与地面得到 的规律的比较，来判断大船是否在行驶。
光速不变原理： 真空中的光速在不同 的惯性参考系中都是 相同的
到目前为止，这两个基本原理的所有推论都与 事实相符，这就证明了它的正确性
狭义相对论简介
我看到同闪时光的到相达对车性厢的 前壁和后壁是“同时” 的
v
光源
我看到闪光先到达后 壁，后到达前壁
到底是 谁错了？
根据光速不变假设，二人说法都是对的。因此， 对不同的观察者来说，“同时”是相对的
95
18.71 60.00
99
8.53 60.00
99.9 2.78 60.00
99.997 1.17 60.00
100 0
60.00
孪生子佯谬
狭义相对论的其它结论
相对论速度 相对论
变换公式
质量
u
u v 1 uv
c
m
m
0
1 v2 c2
质能方程
E = mc 2 Δ E =Δ mc 2
• 力学规律在任何惯性系中都是相同的。这个论 述叫做伽利略相对性原理
矛盾之二：光速问题
为什么 呢？？?
麦克斯韦的电磁理论中 “电磁波的速度是c” 是对所有事物或惯性参 考系得出的结论，而不 是只应用于某个具体事 物或惯性参考系。
对惯性系S，光源发出的光速是c
若惯性系S’相对于S以速度v 运动 对惯性系S’，光源发出的光速是c-v
狭义相对论简介
你为什么对N端读数 早、对M端读数迟呢？
长度的相对性
v
M
N 又是谁
错了？
我在同时测量M、 N两点的坐标！
长度的相对性：一条沿自身长度 方向运动的杆，其长度总比静止 时的长度小
l l0
1 (v)2 c
狭义相对论简介
时间间隔的相对性
t2 t1
t1’
v t2’
t1
广义相对论简介
通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳
性原
切物理规律
系）中物理规
性原
理
都是相同的
律都是相同的
理
光
真空中的光
速
速在不同惯
恒
性参考系中
定
都是相等的
一个均匀的引
等
力场与一个做
效
匀加速运动的
原
参考系等价
理
广义相对论简介
等效原理和广义相对性原理是广义相对论的 两个基本原理
预言与实验验证: ①引力使光线偏析(日全食的星体视位置偏离) ②引力使空间弯曲(雷达回波延迟) ③引力使时间延缓(引力红移)
• 1925年以后，爱因斯坦全力以赴去探索统一场论。开 头几年他非常乐观，以为胜利在望；后来发现困难重重， 他认为现有的数学工具不够用；1928年以后转入纯数 学的探索。他尝试着用各种方法，但都没有取得具有真 正物理意义的结果。
• 1925年～1955年这30年中，除了关于量子力学的完备 性问题、引力波以及广义相对论的运动问题以外，爱因 斯坦几乎把他全部的科学创造精力都用于统一场论的探 索。
1905年—爱因斯坦的丰收年
3月：解释光电效应——光子说（6月发表） 该论文获1921年诺贝尔物理学奖
4月：博士论文——测定分子大小的新方法（4月发表） 5月：解释布朗运动（7月发表） 6月：论动体的电动力学
——狭义相对论（9月发表）
9月：E=mc2（11月发表）
科学的旗手—爱因斯坦
1909—1914 进入大学工作 （苏黎世、布拉格等地）
爱因斯坦十六岁时报考瑞士苏黎世的联邦工业大 学工程系，可是入学考试却告失败。他接受了联邦工 业大学校长以及该校著名的物理学家韦伯教授的建议， 在瑞士阿劳市的州立中学念完中学课程，以取得中学 学历。
爱因斯坦还幸运地从一 部卓越的通俗读物中知道了 自然科学领域里的主要成果 和方法，科普读物不但增进 了爱因斯坦的知识，而且拨 动了年轻人好奇的心弦，引 起他对问题的深思。
广义相对论简介 意想不到的结论．
广义相对论简介
光 源
a
在一个引力可以忽 半 略的宇宙空间有一艘宇 透 宙飞船在做匀加速直线 明 运动，船上的观察者记 屏 录光的径迹是一条抛物
线．
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，飞船内的物理过程受到影响．
等效原理
物体的引力能使光线弯曲
非惯性系和惯性系
加速运动的 列车是个非 惯性参考系
为了让牛顿定律在 非惯性表面
非惯性系和惯性系 牛顿第二定律的表达式
惯性力的定义式
F ma
注意不 要混淆
Fi ma
“－”号表示惯性力的方向与非惯 性系的加速度方向相反．
非惯性系和惯性系
1896年10月，爱因斯坦跨进 了苏黎世工业大学的校门， 在师范系学习数学和物理学。 爱因斯坦充分的利用学校中 的自由空气，把精力集中在 自己所热爱的学科上。在学 校中，他广泛的阅读了赫尔 姆霍兹、赫兹等物理学大师 的著作，他最着迷的是麦克 斯韦的电磁理论。他有自学 本领、分析问题的习惯和独 立思考的能力。
t2
t t2 t1
时间间隔的相对性：从地面上观 察，飞船上的时间比地面上慢
t
1 (v)2 c
狭义相对论简介
小
时钟变慢
结
t
1 (v)2
c
孪生子佯谬
长度缩短
l l0
1 (v)2 c
飞一船台速度以一反飞对船物孪中质1生为子地燃球中上料1 与分02的以银么的行地员0光比时河它接一球的，速百间系将近个上哥另机 中 用光小钟65进。哥一08时数器 央速2..行 作 乘个07的100， 飞的分年星 为 飞则如 去速的际 宇 船呆小分6600果 ，度时钟时旅 航 高在..00的 数它那向00 4间速0 抵飞达离目5地5的.球00地，，当60而他.0根0 6据返0 相回对地论4球8原.时00理，，他60地比.0球0 8上呆0 的在时地间3球6在.上00此的期弟60间弟.0却0 9已年0 过纪去要了2小63.。1万0 年6。0.00
考系，我们可以认为乘坐电
梯的人除了受到重力的作用，
还受到一个向下的惯性力，
a
重力和惯性力的合力使人感
受到了超重．
a
G ma
非惯性系和惯性系
21世纪，人类在空间站 中长期生活，为了克服失重 带来的不利影响，可以将空 间站设计成一个大转轮，绕 轴自转，其上各点都有一个 指向转动轴的向心加速度， 因此，以空间站为参考系， 与它一起旋转的物体都受到 一个背离转动轴的惯性力， 这就是所谓的人造重力．