高中物理 6.5 广义相对论课件 教科版选修3-4

二、广义相对性原理和等效原理
1、广义相对性原理： 在任何参考系中，物理规律都是相同的。
伽利略相对性原理
力学规律在任何惯性系都是相同的
爱因斯坦狭义相对性原理(1905年) 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都有是相同的； 爱因斯坦广义相对论原理（1916年） 在任何参考系中(包括非惯系）所有的物理规律都是相 同的，称为广义相对性原理。
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， 靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进 程比较慢．
l l0 1 c
t 0 v 1 c
2
3、动钟变慢
t
4、速度变换公式
u v u u v 1 2 c
5、相对论质量
m
m0 v 1 c
2
6、质能方程
E mc
2
阅读思考题
1、狭义相对论遇到哪两个无法解决的问题？
3、引力红移
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．
由于物质的存在，实际空间并不是均匀 的，空间发生了“弯曲”：
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狭义、广义相对论比较
逻 辑 形 式 逐 渐 简 约
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。
三、广义相对论的几个结论
1、物质的引力使光线发生弯曲
飞船外观察者看到这束光是 直线传播的（水平向右） 如果飞船做匀速直线运动，船 上观察者记录下的光的径迹是一条 直线（虚线） 如果飞船做匀加速运动，在光 向右传播的同时，飞的速度也在不 断增大，因此船上观察者记录下的 光的径迹是一条抛物线。
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．
由于太阳引

太阳
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，这是对广义相对 论的最早证实．
对于时空观的认识
狭义相对论 时空性质和物 质的运动有关 惯性系平权 光速恒定 时 空 观 广义相对论 物质本身的存在决 定时空的性质 所有参考系平权 等效原理
（一）爱因斯坦的贡献 （二）方兴未艾的宇宙学 （三）有趣的相对论佯谬 （四）黑洞的研究爱因斯坦与狭义相对论的建立. 组织：小组（2-3人） 方案： 利用图书馆、互联网资源写一篇爱因斯坦与狭义相对论 建立的科普小文章.
6.5 广义相对论
复
习
一、狭义相对论的两点假设： 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。
二、由狭义相对论推出的几个结论 1、“同时”的相对性 2 2、动尺变短 v
2、广义相对论的两个基本原理是什么？ 与狭义相对论的两个假设有什么不同？ 3、根据广义相对论的两个基本原理可以导出 那些重要结论？来自一、超越狭义相对论的思考
爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两 个问题： 1、引力问题 万有引力定律无法纳人狭义相对论的理 论框架； 2、非惯性系问题， 狭义相对论只适用于惯性系，为什么惯 性系具有这样的地位？狭义相对论无法解 释
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．
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． 无 法 观 测
星体
星体
黑 洞
2、引力场的存在使得空间不同位置的时间 进程出现差别．
要求： 文章的时间脉络清晰，无科学性错误.
课题研究
题目： （一）爱因斯坦的贡献 （二）方兴未艾的宇宙学 （三）有趣的相对论佯谬 （四）黑洞的研究爱因斯坦与狭义相对论 的建立. 组织： 小组（2-3人） 方案： 利用图书馆、互联网资源写一篇爱因斯 坦与狭义相对论建立的科普小文章. 要求： 文章的时间脉络清晰，无科学性错误.
狭义相对论 爱因 斯坦 相对 性原 理
光 速 恒 定
广义相对论 任何参考系 （包括非惯性 系）中物理规 律都是相同的
一个均匀的 引力场与一个 做匀加速运动 的参考系等价
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 速在不同惯 性参考系中 都是相等的
更进一步
广 义 相 对 性 原 理 等 效 原 理