高二物理广义相对论简介PPT教学课件
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优质实用课件精选广义相对论简介ppt课件
(1)光线在引力场中弯曲，以及引力红移现象都是在 引力场很强的情况下产生的效应. (2)光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象在我们的日常生 活中仍然成立.
【典例2】在适当的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒 星，这说明星体发出的光( ) A.经太阳时发生了衍射 B.可以穿透太阳及其他障碍物 C.在太阳引力场作用下发生了弯曲 D.经过太阳外的大气层时发生了折射
1 (v)2 c
Ek
m0c2 1 (v)2
m0c2.
c
当v c时，1 ( v)2 1 1 ( v)2，代入上式得：
c
2c
Ek
m0c2
m0c2
1 2
m0c2
(
v c
)2
1 1 (v)2
1 2
m0
v
2
.
2c
2.如果质量发生了变化，其能量也相应发生变化ΔE=Δmc2， 这个方程常应用在核能的开发和利用上.如果系统的质量亏损 为Δm，就意味着有ΔE的能量释放.
5.下列说法中正确的是( ) A.物体的引力使光线弯曲 B.光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用 C.在强引力的星球附近，时间进程会变慢 D.广义相对论可以解释引力红移现象 【解析】选A、C、D.根据广义相对论的几个结论可知，选项 A、C、D正确，B错误.
6.下列说法中正确的是( ) A.在任何参考系中，物理规律都是相同的,这就是广义相对性 原理 B.在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿定律 仅适用于惯性参考系 C.一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就 是著名的等效原理 D.一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这 就是著名的等效原理
【解题指导】依据广义相对论中的引力场中的光线弯曲考 虑.
专题讲座—广义相对论.ppt
？
1、小室静止在地面，地球引 力使落体的加速度为g
2、小室在自由空间相对惯 性系向上以g做匀加速运动， 以小室为参考系，物体受到 向下的惯性力mig,惯性力使得 其产生向下的加速度g。
小室里的人无法确定是哪种情况， 无法区分作用在落体上的是引力还 是惯性力，实际上做任何力学实验 都无法区分引力和惯性力。
2、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，从这两个原理 出发，就可以一并解决引力和加速系问
题，构建起广义相对论理论。
3、不再有严格的、绝对的刚性参考系。
S’
S o
Y o
Y’ X1
a
X2X’ X
S系认为自己是刚性参考系，但认为s’系在运动 方向上每小段长度随时间不断减小，所以不是刚 性参考系。因此在广义相对论中，只有内禀刚性 参考系，不存在各参考系都承认的刚性参考系。
质量 M (2 3) M⊙时，才可能形成黑洞，
此时rs 10 km 。
恒星演化的晚期，其核心部分经过核反应 T ∼ 6109K， 各类中微子过程都能够发生， 中微子将核心区的能量迅速带走引力坍缩
强冲击波 外层物质抛射或超新星爆发 致密天体（白矮星、中子星、黑洞） 五.引力波
广义相对论预言了引力波的存在。 加速的物体系，会引起周围时空性质变化， 并以波动（引力波）的形式向外传播。
相对论中的力 包括惯性力。
等效原理：引力场中任意时空点，总能 建立一个局域惯性系，在此参考系内， 狭义相对论所确定的物理规律都成立。
2、广义相对性原理 物理规律在一切参考系中都具有相同的形式。
几点说明： 1、物理规律在局惯系和该点的任意其 他参考系中表述都相同。这些参考系 包括加速度也包括引力场。这样通过 坐标变换就可以把无引力的狭义相对 论的物理规律转换到引力场中去，引 力场的影响体现在坐标变换关系上。
高二物理竞赛课件：广义相对论(引力的时空理论)简介(共14张PPT)
E0 m0c2 1 (3108)2 9 1016 J
相当于20吨汽油燃烧的能量。
粒子的静质量一般用静能量表示
电子 0.510 999 06 Mev/c2
质子 938.272 31 Mev/c2
中子 939.565 63 Mev/c2
氘核 1875.613 39 Mev/c2
3
质能相互依存，且同增减
1.37 1025 kg
(2) E2 E02 ( pc)2 E E0 Ek
2E0Ek Ek2 ( pc)2
p 2E0Ek Ek2 4.11017 kg m / s c
例3、在一惯性系中一粒子具有动量6Mev/c（c为 光速），若粒子总能量E＝10Mev，计算在该系 中（1）粒子的运动速度；2）粒子的运动动能。
利用三角形有助记忆：Pc
E
E0
1）质速关系
m
m0
1
v
2
c
2）动量
P mv
m0 v
小
1 (v / c)2
结
3）质能关系 E mc2 m0c2 Ek
4）动量能量关系 E2 E02 (P c)2
5）动力学方程
F
d
(mv)
m
d
v
v
dm
dt
dt dt
例1、 设一质子以速度 v 0.80c 运动. 求
2克氘核反应结果可产生相当于60吨煤燃烧的能量
重核裂变 X Y Z 质量亏损
m0mX 0 (mY 0m Z 0 )
裂变能
E m0 c2
6
【例】氘核的结合能
+
mnc2 mpc2
mn 939.565 63 Mev / c 2 mp 938.272 31 Mev / c 2 md 1875.613 39 Mev / c 2
相当于20吨汽油燃烧的能量。
粒子的静质量一般用静能量表示
电子 0.510 999 06 Mev/c2
质子 938.272 31 Mev/c2
中子 939.565 63 Mev/c2
氘核 1875.613 39 Mev/c2
3
质能相互依存，且同增减
1.37 1025 kg
(2) E2 E02 ( pc)2 E E0 Ek
2E0Ek Ek2 ( pc)2
p 2E0Ek Ek2 4.11017 kg m / s c
例3、在一惯性系中一粒子具有动量6Mev/c（c为 光速），若粒子总能量E＝10Mev，计算在该系 中（1）粒子的运动速度；2）粒子的运动动能。
利用三角形有助记忆：Pc
E
E0
1）质速关系
m
m0
1
v
2
c
2）动量
P mv
m0 v
小
1 (v / c)2
结
3）质能关系 E mc2 m0c2 Ek
4）动量能量关系 E2 E02 (P c)2
5）动力学方程
F
d
(mv)
m
d
v
v
dm
dt
dt dt
例1、 设一质子以速度 v 0.80c 运动. 求
2克氘核反应结果可产生相当于60吨煤燃烧的能量
重核裂变 X Y Z 质量亏损
m0mX 0 (mY 0m Z 0 )
裂变能
E m0 c2
6
【例】氘核的结合能
+
mnc2 mpc2
mn 939.565 63 Mev / c 2 mp 938.272 31 Mev / c 2 md 1875.613 39 Mev / c 2
15.4《广义相对论简介》PPT课件(新人教版-选修3-4)
15.4《广义相对论简介》
阅读思考题
1、狭义相对论遇到哪两个无法解决的 问题？
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？
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
广义相对论简介
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．
星体
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
黑
星体
观
洞
测
时间间隔与引力场有关
引力场的存在使得空间不同位置的时间进程 出现差别．
地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论， 靠近边缘部位的杆的长度较短．
圆盘上的人认为：引力势较低的位置，杆的长度越短．
杆的长度与引力场有关
由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，空间 发生了“弯曲”：
对于时空观的认识
狭义相对论
广义相对论
时空性质和物 质的运动有关
时 空 观
物质本身的存在决 定时空的性质
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，，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， 引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢．
时间间隔与引力场有关
惯性质量和引力质量
引力和惯性力都可 以使物体加速下落
阅读思考题
1、狭义相对论遇到哪两个无法解决的 问题？
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？
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
广义相对论简介
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．
星体
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
黑
星体
观
洞
测
时间间隔与引力场有关
引力场的存在使得空间不同位置的时间进程 出现差别．
地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论， 靠近边缘部位的杆的长度较短．
圆盘上的人认为：引力势较低的位置，杆的长度越短．
杆的长度与引力场有关
由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，空间 发生了“弯曲”：
对于时空观的认识
狭义相对论
广义相对论
时空性质和物 质的运动有关
时 空 观
物质本身的存在决 定时空的性质
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，，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， 引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢．
时间间隔与引力场有关
惯性质量和引力质量
引力和惯性力都可 以使物体加速下落
高二物理人教版选修3-4课件：15.3-4 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介ppt课件
这个黑洞质量大约是太阳的 5 倍,其 特别之处在于:它是人类历史上发 现的最年轻的黑洞,仅仅 31 岁。广义 相对论预言:黑洞中心是一个“奇 点”,所有的物质都集中在这个点上, 密度因而是无限大。你对这一现象
有什么思考呢?
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X D 新知导学 INZHIDAOXUE
答疑解惑
AYIJIEHUO
D当堂检测 ANGTANG JIANCE
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X D 新知导学 INZHIDAOXUE
答疑解惑
AYIJIEHUO
D当堂检测 ANGTANG JIANCE
探究一
探究二
2.相对论质量
相对论中质量和速度的关系为 m= 注意:
������0
1-
������ ������
2
。理解这个公式时要
(1)式中m0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
50 9×1016
kg≈5.56×10-16 kg。
答案:50 J 5.56×10-16 kg
探究一
探究二
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答疑解惑
AYIJIEHUO
D当堂检测 ANGTANG JIANCE
探究一对狭义相对论几个结论的理解 问题导引
一列火车正以v=50 m/s的速度高速行驶,列车内一乘客以相对列 车u'=5 m/s的速度向前跑,站台上的观察者测得该乘客的速度是 u=v+u'=55 m/s。若列车的速度是0.9c,乘客的速度是0.5c,那么站台 上的观察者测得该乘客的速度是0.9c+0.5c=1.4c吗?
它们是促成广义相对论的前提。
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2.相对论质量
相对论中质量和速度的关系为 m= 注意:
������0
1-
������ ������
2
。理解这个公式时要
(1)式中m0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
50 9×1016
kg≈5.56×10-16 kg。
答案:50 J 5.56×10-16 kg
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探究一对狭义相对论几个结论的理解 问题导引
一列火车正以v=50 m/s的速度高速行驶,列车内一乘客以相对列 车u'=5 m/s的速度向前跑,站台上的观察者测得该乘客的速度是 u=v+u'=55 m/s。若列车的速度是0.9c,乘客的速度是0.5c,那么站台 上的观察者测得该乘客的速度是0.9c+0.5c=1.4c吗?
它们是促成广义相对论的前提。
《广义相对论》课件
1915年，爱因斯坦发表了广义相对论 ，描述了引力是由物质引起的时空弯 曲所产生。
爱因斯坦的灵感来源
爱因斯坦受到马赫原理、麦克斯韦电 磁理论和黎曼几何的启发，开始思考 引力与几何之间的关系。
广义相对论的基本假设
1 2
等效原理
在小区域内，不能通过任何实验区分均匀引力场 和加速参照系。
广义协变原理
物理定律在任何参照系中都保持形式不变，即具 有广义协变性。
研究暗物质与暗能量的性质有助于深入理 解宇宙的演化历史和终极命运。
05
广义相对论的未来发展
超弦理论与量子引力
超弦理论
超弦理论是一种尝试将引力与量子力学统一的理论框架，它认为基本粒子是一 维的弦，而不是传统的点粒子。超弦理论在数学上非常优美，但目前还没有被 实验证实。
量子引力
量子引力理论试图用量子力学的方法描述引力，解决广义相对论与量子力学之 间的不兼容问题。目前，量子引力理论仍在发展阶段，尚未有成熟的理论框架 。
广义相对论为宇宙学提供了重 要的理论基础，用于描述宇宙
的起源、演化和终极命运。
大爆炸理论
广义相对论解释了大爆炸理论 ，即宇宙从一个极度高温和高 密度的状态开始膨胀和冷却的 过程。
黑洞理论
广义相对论预测了黑洞的存在 ，这是一种极度引力集中的天 体，能够吞噬一切周围的物质 和光线。
宇宙常数
广义相对论引入了宇宙常数来 描述空间中均匀分布的真空能
宇宙加速膨胀与暗能量研究
宇宙加速膨胀
通过对宇宙微波背景辐射和星系分布的研究，科学家发现宇 宙正在加速膨胀。这需要进一步研究以理解其中的原因，以 及暗能量的性质和作用。
暗能量
暗能量是一种假设的物质，被认为是宇宙加速膨胀的原因。 需要进一步研究暗能量的性质和作用机制，以更好地理解宇 宙的演化。
人教版高中物理选修3-4课件 15 广义相对论简介课件1
典例分析
举一反三 触类旁通
一、相对论速度叠加公式的应用 【例1】 若一宇宙飞船对地以速度v运动，宇航员在飞 船内沿同方向测得光速为c，问在地面上观察者看来，光速应 为v＋c吗？
【解析】 由相对论速度变化公式u＝1u＋′u＋′c2vv 式中u′＝c，代入公式可得u＝1c＋＋ccvv2 ＝c. 可见：在地上观察者看来，光速应为c，而不是v＋c.
(3)上述结果表明，加速后的电子的运动还属于低速的范
畴，因此可用Ek＝12m0v2来进行有关计算，有
v＝ 2Ek/m0＝
2×1.6×10－17 9.1×10－31
m/s＝5.9×106 m/s.
【答案】 1.6×10－17 J 0.02% 5.9×106 m/s 能
【答案】 见解析
二、有关相对质量的计算 【例2】 一观察者测出电子质量为2m0，求出电子速度 为多少？(m0为电子静止质量，c为光速)
【解析】 电子的运动质量是静止质量的2倍，运用质量 公式
m＝
m0 ， 1－vc2
可得2m0＝
m0 1－vc2
解得v＝ 23c＝0.866c.
【答案】 0.86 把握方向 学业有成
一、广义相对论简介 1．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． (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．
2．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，引力越强，弯曲越厉害． (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，因此会出现光振动变慢，相应的光的波长变 长，频率减小，光谱会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，所以叫做引力红移．
《广义相对论》课件
详细描述
等效原理表明，在任何小的时空区域内，我们无法通过任何可预见的实验区分均匀引力场和加速参照系。这意味 着在局部范围内，我们无法区分引力和加速参照系引起的效应。这一原理在广义相对论中扮演着重要的角色，为 引力场的描述和性质提供了基础。
广义协变原理
总结词
广义协变原理是广义相对论的另一个基本原理，它要求物理定律在任何参照系中 都保持形式不变。
05
广义相对论的应用
黑洞与宇宙学
黑洞的形成与演化
广义相对论预测了黑洞的存在，并描 述了其形成和演化的过程，如恒星坍 缩、吸积盘等。
宇宙学模型
广义相对论为宇宙学提供了理论基础 ，如大爆炸理论、宇宙膨胀等，解释 了宇宙起源和演化的过程。
Байду номын сангаас 宇宙的起源与演化
宇宙起源
广义相对论提供了宇宙起源的理论框 架，解释了宇宙从大爆炸开始的一系 列演化过程。
牛顿力学与狭义相对 论无法同时成立，需 要一种新的理论来统 一。
狭义相对论解决了牛 顿力学在高速领域的 矛盾，但无法解释引 力问题。
爱因斯坦与广义相对论的创立
爱因斯坦受到物理学家马赫的 启发，开始探索引力问题。
爱因斯坦提出了等效原理和光 速不变原理，作为广义相对论 的基本假设。
广义相对论成功地解释了引力 作用，并将其与空间-时间结构 联系起来。
暗物质与暗能量的研究
深入探索暗物质和暗能量的本质，揭示它们在宇宙中的 作用和相互关系，进一步完善宇宙学模型。
预测了更为精确的进动值。
光线在引力场中的弯曲
要点一
总结词
光线在引力场中的弯曲是广义相对论的另一个重要实验验 证，它证实了爱因斯坦关于引力透镜的预测。
要点二
详细描述
等效原理表明，在任何小的时空区域内，我们无法通过任何可预见的实验区分均匀引力场和加速参照系。这意味 着在局部范围内，我们无法区分引力和加速参照系引起的效应。这一原理在广义相对论中扮演着重要的角色，为 引力场的描述和性质提供了基础。
广义协变原理
总结词
广义协变原理是广义相对论的另一个基本原理，它要求物理定律在任何参照系中 都保持形式不变。
05
广义相对论的应用
黑洞与宇宙学
黑洞的形成与演化
广义相对论预测了黑洞的存在，并描 述了其形成和演化的过程，如恒星坍 缩、吸积盘等。
宇宙学模型
广义相对论为宇宙学提供了理论基础 ，如大爆炸理论、宇宙膨胀等，解释 了宇宙起源和演化的过程。
Байду номын сангаас 宇宙的起源与演化
宇宙起源
广义相对论提供了宇宙起源的理论框 架，解释了宇宙从大爆炸开始的一系 列演化过程。
牛顿力学与狭义相对 论无法同时成立，需 要一种新的理论来统 一。
狭义相对论解决了牛 顿力学在高速领域的 矛盾，但无法解释引 力问题。
爱因斯坦与广义相对论的创立
爱因斯坦受到物理学家马赫的 启发，开始探索引力问题。
爱因斯坦提出了等效原理和光 速不变原理，作为广义相对论 的基本假设。
广义相对论成功地解释了引力 作用，并将其与空间-时间结构 联系起来。
暗物质与暗能量的研究
深入探索暗物质和暗能量的本质，揭示它们在宇宙中的 作用和相互关系，进一步完善宇宙学模型。
预测了更为精确的进动值。
光线在引力场中的弯曲
要点一
总结词
光线在引力场中的弯曲是广义相对论的另一个重要实验验 证，它证实了爱因斯坦关于引力透镜的预测。
要点二
详细描述
《广义相对论简介》课件
局域性
引力场在局域范围内可近似为牛顿引力，满足线性 叠加原理。
引力场方程的推导与表述
80%
场方程的推导
基于爱因斯坦的场方程，通过数 学推导得到引力场方程。
100%
场方程的表述
引力场方程表述了物质和能量如 何弯曲时空，进而产生引力。
80%
几何意义
引力场方程是时空曲率与物质能 量分布之间的联系。
引力场方程的解与意义
爱因斯坦对物理学基础问题的关注
爱因斯坦对物理学的基础问题产生了浓厚的兴趣，开始探索光速不变和相对性 原理背后的更深层次原理。
爱因斯坦的科研经历与思想转变
从特殊相对论到广义相对论的过渡
爱因斯坦在提出特殊相对论后，意识到其只能解释惯性参考系下的物理现象，因此开始探索引力问题，最终发展 出广义相对论。
对等效原理和最小作用量原理的应用
详细描述
1919年，爱丁顿和戴森带领的探险队在日 全食期间观测到太阳附近的星光发生偏折的 现象，与广义相对论的预测相符，证实了爱
因斯坦的理论。
水星轨道近日点的进动现象
总结词
水星轨道近日点的进动现象观测结果与牛顿经典力学预测不符，而与广义相对论的预测 一致。
详细描述
水星是太阳系中离太阳最近的行星，其轨道近日点会发生进动现象。观测数据显示，水 星轨道的进动速度比牛顿经典力学预测的要快，这一现象只有通过广义相对论才能得到
广义协变原理
总结词
该原理要求所有物理定律在任何参照系中都 保持形式不变，即具有协变性。
详细描述
广义协变原理是广义相对论的另一个重要原 理，它要求所有物理定律在不同的参照系中 保持形式不变，即具有协变性。这意味着物 理定律的形式在任何参照系中都应该是一样 的，不受参照系选择的影响。这一原理进一 步强调了物理定律的普遍性和相对性，是广 义相对论的重要基石之一。
引力场在局域范围内可近似为牛顿引力，满足线性 叠加原理。
引力场方程的推导与表述
80%
场方程的推导
基于爱因斯坦的场方程，通过数 学推导得到引力场方程。
100%
场方程的表述
引力场方程表述了物质和能量如 何弯曲时空，进而产生引力。
80%
几何意义
引力场方程是时空曲率与物质能 量分布之间的联系。
引力场方程的解与意义
爱因斯坦对物理学基础问题的关注
爱因斯坦对物理学的基础问题产生了浓厚的兴趣，开始探索光速不变和相对性 原理背后的更深层次原理。
爱因斯坦的科研经历与思想转变
从特殊相对论到广义相对论的过渡
爱因斯坦在提出特殊相对论后，意识到其只能解释惯性参考系下的物理现象，因此开始探索引力问题，最终发展 出广义相对论。
对等效原理和最小作用量原理的应用
详细描述
1919年，爱丁顿和戴森带领的探险队在日 全食期间观测到太阳附近的星光发生偏折的 现象，与广义相对论的预测相符，证实了爱
因斯坦的理论。
水星轨道近日点的进动现象
总结词
水星轨道近日点的进动现象观测结果与牛顿经典力学预测不符，而与广义相对论的预测 一致。
详细描述
水星是太阳系中离太阳最近的行星，其轨道近日点会发生进动现象。观测数据显示，水 星轨道的进动速度比牛顿经典力学预测的要快，这一现象只有通过广义相对论才能得到
广义协变原理
总结词
该原理要求所有物理定律在任何参照系中都 保持形式不变，即具有协变性。
详细描述
广义协变原理是广义相对论的另一个重要原 理，它要求所有物理定律在不同的参照系中 保持形式不变，即具有协变性。这意味着物 理定律的形式在任何参照系中都应该是一样 的，不受参照系选择的影响。这一原理进一 步强调了物理定律的普遍性和相对性，是广 义相对论的重要基石之一。
《广义相对论讲》PPT课件
测量一段弧的长度及圆周长精选ppt15根据等效原理转动参考系等效为引力场引力场强是由洛仑兹变换可得结论引力场中空间弯曲愈强弯曲愈烈精选ppt16三史瓦西场中固有时与真实距离schwarcchildfield1场的特征相对静止的球对称分布的物质球外部的场2某处的固有时由静止在该处的标准钟测得的时间间隔某处真实距离由静止在该处的标准尺测得的空间间隔刚性微分尺精选ppt17在无引力的地方有一系列的走时完全一样的钟然后把它们分别放到引力场中的各个时空点称各地的标准钟标准时间标准长度无引力影响的时间和长度标准钟标准尺在无引力的地方有一系列的完全一样的刚性微分尺然后把它们分别放到引力场中的各个时空点称各地的标准尺精选ppt18远离引力场处无限远处引力为0平直空间场各处引力不同空间时间各处不同精选ppt194引力场中的固有时与真实距离瞬时静止在s系中确定时空点的局惯系s0飞来局惯系由无限远处沿径向自由飞到史瓦西场确定的时空点精选ppt20相遇的两只钟系的确定时空点处的标准钟c测得的是原时同样在确定的时空点的标准尺测的是原长精选ppt21弱引力场牛顿近似飞来惯性系sgmmmv精选ppt22度有关与加速度无关处引力势r处的固有时r邻域的真实距离2双生子中谁年轻
8
一系列的 局惯系
r g(r)
无限远 引力为0 惯性系
以该点的引力场强自由降落 可有多个 相对匀速运动 可用洛仑兹变换
引力场源
图示局惯系
9
二、广义相对性原理 principle of general covariance (广义协变性原理)
物理规律在一切参考系中形式一样 小结
广义相对论根本原理 1)等效原理 2)相对性原理 3)马赫原理 Mach principle 时空性质由物质及其运动所决定
1m2vGMm 0 2 r
8
一系列的 局惯系
r g(r)
无限远 引力为0 惯性系
以该点的引力场强自由降落 可有多个 相对匀速运动 可用洛仑兹变换
引力场源
图示局惯系
9
二、广义相对性原理 principle of general covariance (广义协变性原理)
物理规律在一切参考系中形式一样 小结
广义相对论根本原理 1)等效原理 2)相对性原理 3)马赫原理 Mach principle 时空性质由物质及其运动所决定
1m2vGMm 0 2 r
人教版高中物理选修3-4课件 15 广义相对论简介课件
人民教育出版社 高二 | 选修3-4
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 万有引力定律不满足洛伦兹变换，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。它们是促成广义相对论的前提。
人民教育出版社 高二 | 选修3-4
人民教育出版社 高二 | 选修3-4
假设宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系。但是，航天员 观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底。这是为什么？
人民教育出版社 高二 | 选修3-4
三、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)。
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。 （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。 1.怎样理解广义相对性原理？ 答：广义相对性原理关键一点是适用于任何参考系。
人民教育出版社 高二 | 选修3-4
2．怎样理解等效原理？ 答：我们可以从引力场和匀加速参考系产生的效果上来考虑等效原理，引力场 的作用是使物体加速向下运动，如果参考系是加速向上运动的，我们将会观察 到静止的物体也“向下”运动，它们两者产生的效果是一样的，所以称为等效 原理。
人民教育出版社 高中 | 选修3-4
解：由广义相对论可知，物质的引力使光线弯曲，我们有可能看到太阳 后面的恒星，实际的空间是弯曲的，选项A、D正确；在引力场中时间 进程变慢，引力越强，时间进程越慢，物质发出的光谱线向红端偏移， 选项C错误，选项B正确。
人民教育出版社 高中 | 选修3-4
课堂总结： 通过这节课你学到了什么？大家讨论一下。
广义相对论简介优秀PPT
广义相对论简介
（general relativity）
广义相对论：研究空间、时间和引力的理论 狭义相对论：广义相对论在无引力存在时的特例
狭义相对论的缺陷： 承认惯性系的特殊地位。 不能建立令人满意的引力理论。
爱因斯坦的思考 1、非惯性系与惯性系 2、时空与物质
平权? 有关?
广义相对论 超越了 牛顿的引力论
F真
ma
ma0
ma
a
物体对惯性系
的加速度
因此在非惯性系中定义虚拟力：惯性力 f惯 ma非惯性系对惯性系
则非惯性系中的牛顿定律形式为： F相 互 作 用 力 f惯 性 力 ma物 体 对 非 惯 性 系
注意：上式表面上是非惯性系的，实质上是惯性
系的变形而已
F相互作用力 ma物体对非惯性系 f惯性力
0
引力 红移效应
红移z定义
z
0
0 0
1
2GM c2R
1
GM 1 c 2r
(1
1 2
2GM c2R
)
1
GM c2R
引力红移 gravitational redshift
若太阳发光 GM S 2.12 106
1
c2 RS
结论 引力时缓尺缩效应及引力红移
远离引力中心的地方观察引力场中发生在不 同地点的同一物理过程，引力场越强的地方，观 测时间越慢，空间距离越短，即引力的时缓尺缩 效应越显著。
广义相对性原理 :一切参考系（惯性系与非 惯性系）都是平权的,物理学定律在所有的参 考系中都具有相同的数学形式.
小结 广义相对论基本原理
1)等效原理 2)相对性原理
时空性质由物质及其运动所决定
? 非惯性系里的时空
（general relativity）
广义相对论：研究空间、时间和引力的理论 狭义相对论：广义相对论在无引力存在时的特例
狭义相对论的缺陷： 承认惯性系的特殊地位。 不能建立令人满意的引力理论。
爱因斯坦的思考 1、非惯性系与惯性系 2、时空与物质
平权? 有关?
广义相对论 超越了 牛顿的引力论
F真
ma
ma0
ma
a
物体对惯性系
的加速度
因此在非惯性系中定义虚拟力：惯性力 f惯 ma非惯性系对惯性系
则非惯性系中的牛顿定律形式为： F相 互 作 用 力 f惯 性 力 ma物 体 对 非 惯 性 系
注意：上式表面上是非惯性系的，实质上是惯性
系的变形而已
F相互作用力 ma物体对非惯性系 f惯性力
0
引力 红移效应
红移z定义
z
0
0 0
1
2GM c2R
1
GM 1 c 2r
(1
1 2
2GM c2R
)
1
GM c2R
引力红移 gravitational redshift
若太阳发光 GM S 2.12 106
1
c2 RS
结论 引力时缓尺缩效应及引力红移
远离引力中心的地方观察引力场中发生在不 同地点的同一物理过程，引力场越强的地方，观 测时间越慢，空间距离越短，即引力的时缓尺缩 效应越显著。
广义相对性原理 :一切参考系（惯性系与非 惯性系）都是平权的,物理学定律在所有的参 考系中都具有相同的数学形式.
小结 广义相对论基本原理
1)等效原理 2)相对性原理
时空性质由物质及其运动所决定
? 非惯性系里的时空
高中物理第15章第四节广义相对论简介课件新人教选修34.ppt
【自主解答】 由 E＝mc2 可得 m＝cE2＝1.28×130×9×110.86× 2 10－19 kg＝2.28×10－27 kg ∴mm0＝29.2.18××1100－－3217＝2505.
【答案】 2.28×10－27 kg 2505倍
【方法总结】 明确物体质能表达式E＝mc2的 含义是解题的关键.如果物体静止,则E0＝m0c2, 如果此时物体还具有动能Ek,则此时物体的能量 为E＝E0＋Ek＝mc2,其中m为物体运动时的质量 .
变式训练3 以下说法中，错误的是( ) A．矮星表面的引力很强 B．时钟在引力场弱的地方比引力场强的地方走 得快些 C．在引力场越弱的地方，物体长度越长 D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移 答案：CD
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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.
课堂互动讲练
类型一 质速关系的应用
例1 某人测得一静止棒长为 l,质量为 m,于是求得此 棒线密度为 ρ. (1)假定此棒以速度 v 在棒长方向上运动,此人再测棒 的线密度应为多少？ (2)若棒在垂直长度方向上以速度 v 运动,它的线密度 又是多少？(线密度 ρ＝ml )
长度的相对性.线密度 ρ＝ml ,当棒沿棒长方向运动 时,m、l 都发生变化,这时要通过推算来解决,考虑 问题时不能漏了 m 或 l 的变化.当棒沿垂直长度方 向运动时,只有 m 发生变化.
变式训练1 一观察者测出电子质量为2m0,求电子 解速析率：是m多＝少2m？0，(m代0为入电质子量静公止式时m＝的质量1m－)0 vc2，
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(2)结论:光速c是宇宙速度的_极__限__,且相对任何参考 系,光速都是__不__变__的.
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一_定____,足够长时间后物
体可以达任到意______的速度.
(2)相对论:物体的质量随物体速度增大而__增__大__.
解析：选A.由E＝mc2，若E增大，则m增大； 若E减小，则m减小，故A正确、B错．若m减 小，则E减小；若m增大，则E增大，故C、D 错．
三、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”.
【自主解答】 由 E＝mc2 可得 m＝cE2＝1.28×130×9×110.86× 2 10－19 kg＝2.28×10－27 kg ∴mm0＝29.2.18××1100－－3217＝2505.
核心要点突破
一、对质速关系式 m＝
m0 的理解 1－vc 2
1．式中 m0 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.这个关系式表明:物体的 质量会随物体速度的增大而增大.
2.v≪c 时,vc2＝0,此时有 m＝m0,也就是说:低速运动 的物体,可认为其质量与物体运动状态无关. 3.微观粒子的速度很高,因此粒子运动的质量明显大 于静质量.
物体以速度v运动时的质量m与
m0
静止时的质量m0之间的关系是:m＝___1_－__vc__2 __,
因为总有v<c.可知运动物体的质量m总__大__于__它静 止时的质量m0. 3．质能方程 物体质量m与其蕴含的能量E之间的关系是: __E_＝__m__c_2__.
二、广义相对论简介 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)物质的_引__力___使光线弯曲． (2)引力场的存在使空间不同位置的_时__间__进__程___出 现差别,引力场越强,时间越__慢____.
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.
课堂互动讲练
类型一 质速关系的应用
例1 某人测得一静止棒长为 l,质量为 m,于是求得此 棒线密度为 ρ. (1)假定此棒以速度 v 在棒长方向上运动,此人再测棒 的线密度应为多少？ (2)若棒在垂直长度方向上以速度 v 运动,它的线密度 又是多少？(线密度 ρ＝ml )
第三节 狭义相对论的其他结论 第四节 广义相对论简介
课标定位
第
四 节
课前自主学案
广
义
相
核心要点突破
对
论
简
课堂互动讲练
介
知能优化训练
课标定位 学习目标：1.知道相对论速度变换公式，相对论 质量和质能方程． 2．了解广义相对论的基本原理． 3．初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要 观测证据． 重点难点：狭义相对论的几个其他结论和质能关 系．
(2)当棒在垂直长度方向上运动时,棒的长度不变,质 量变大.
m″＝
1m－vc2，l″＝l，所以 ρ″＝
ρ 1－vc 2
【答案】 见精讲精析
变式训练1 一观察者测出电子质量为2m0,求电子
速率是多少？(m0为电子静止时的质量)
解析：m＝2m0，代入质量公式 m＝
m0 ， 1－vc 2
可得 2m0＝m＝
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．1905年，爱因斯坦创立了“相对论”,提出了 著名的质能方程.下面涉及对质能方程理解的几种 说法中正确的是( ) A．若物体能量增大,则它的质量增大 B．若物体能量增大,则它的质量减小 C．若核反应过程质量减小,则需吸收能量 D．若核反应过程质量增大,则会放出能量
m0 ，解得 1－vc 2
v＝
23c＝0.866c.
答案：0.866c
类型二 质能方程的应用
例2 电子静止时质量为9.1×10－31 kg,被加速器 加速后,其能量为1.28×109 eV,问加速后电子的质 量是多少?是静止质量的多少倍? 【思路点拨】 电子被加速后的能量是电子的总 能量,而不只是电子具有动能,满足公式E＝mc2.
从上式可以看出,当物体(一般是粒子)的速度很大时,
其运动时的质量明显________静止时的质量．
Байду номын сангаас
答案：大于
二、对质能方程的理解 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． 具体从以下几个方面理解： 1.静止物体的能量为E0＝m0c2,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.
课前自主学案
一、狭义相对论的其他结论 1.相对论速度变换公式 (1)速度变换公式:设在高速的火车上,火车对地面的 速度为v,车上的人以速度u′沿火车前进的方向相 对那火么车他运 相动 对,地面的速度u＝___1u_＋′_u_＋′_c2_vv____,
如果车上人的运动与火车的运动方 －u′＋v 向相反，则他相对于地面的速度u＝__1_＋_－__uc_′2 _v___.
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,这与牛顿力学理论的计算结果有较 大的偏差,而爱因斯坦的广义相对论的计算结果与 实验观察结果十分接近.
例如:回旋加速器中被加速的粒子的质量会随粒子 的加速明显增加.导致粒子圆周运动的周期变大. 它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步.回 旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制.
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1.经过严格的证明,物体有静止质量 m0 和运动的质量
m,它们之间有如下关系:m＝
m0 1－vc 2
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一_定____,足够长时间后物
体可以达任到意______的速度.
(2)相对论:物体的质量随物体速度增大而__增__大__.
解析：选A.由E＝mc2，若E增大，则m增大； 若E减小，则m减小，故A正确、B错．若m减 小，则E减小；若m增大，则E增大，故C、D 错．
三、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”.
【自主解答】 由 E＝mc2 可得 m＝cE2＝1.28×130×9×110.86× 2 10－19 kg＝2.28×10－27 kg ∴mm0＝29.2.18××1100－－3217＝2505.
核心要点突破
一、对质速关系式 m＝
m0 的理解 1－vc 2
1．式中 m0 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.这个关系式表明:物体的 质量会随物体速度的增大而增大.
2.v≪c 时,vc2＝0,此时有 m＝m0,也就是说:低速运动 的物体,可认为其质量与物体运动状态无关. 3.微观粒子的速度很高,因此粒子运动的质量明显大 于静质量.
物体以速度v运动时的质量m与
m0
静止时的质量m0之间的关系是:m＝___1_－__vc__2 __,
因为总有v<c.可知运动物体的质量m总__大__于__它静 止时的质量m0. 3．质能方程 物体质量m与其蕴含的能量E之间的关系是: __E_＝__m__c_2__.
二、广义相对论简介 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)物质的_引__力___使光线弯曲． (2)引力场的存在使空间不同位置的_时__间__进__程___出 现差别,引力场越强,时间越__慢____.
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.
课堂互动讲练
类型一 质速关系的应用
例1 某人测得一静止棒长为 l,质量为 m,于是求得此 棒线密度为 ρ. (1)假定此棒以速度 v 在棒长方向上运动,此人再测棒 的线密度应为多少？ (2)若棒在垂直长度方向上以速度 v 运动,它的线密度 又是多少？(线密度 ρ＝ml )
第三节 狭义相对论的其他结论 第四节 广义相对论简介
课标定位
第
四 节
课前自主学案
广
义
相
核心要点突破
对
论
简
课堂互动讲练
介
知能优化训练
课标定位 学习目标：1.知道相对论速度变换公式，相对论 质量和质能方程． 2．了解广义相对论的基本原理． 3．初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要 观测证据． 重点难点：狭义相对论的几个其他结论和质能关 系．
(2)当棒在垂直长度方向上运动时,棒的长度不变,质 量变大.
m″＝
1m－vc2，l″＝l，所以 ρ″＝
ρ 1－vc 2
【答案】 见精讲精析
变式训练1 一观察者测出电子质量为2m0,求电子
速率是多少？(m0为电子静止时的质量)
解析：m＝2m0，代入质量公式 m＝
m0 ， 1－vc 2
可得 2m0＝m＝
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．1905年，爱因斯坦创立了“相对论”,提出了 著名的质能方程.下面涉及对质能方程理解的几种 说法中正确的是( ) A．若物体能量增大,则它的质量增大 B．若物体能量增大,则它的质量减小 C．若核反应过程质量减小,则需吸收能量 D．若核反应过程质量增大,则会放出能量
m0 ，解得 1－vc 2
v＝
23c＝0.866c.
答案：0.866c
类型二 质能方程的应用
例2 电子静止时质量为9.1×10－31 kg,被加速器 加速后,其能量为1.28×109 eV,问加速后电子的质 量是多少?是静止质量的多少倍? 【思路点拨】 电子被加速后的能量是电子的总 能量,而不只是电子具有动能,满足公式E＝mc2.
从上式可以看出,当物体(一般是粒子)的速度很大时,
其运动时的质量明显________静止时的质量．
Байду номын сангаас
答案：大于
二、对质能方程的理解 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． 具体从以下几个方面理解： 1.静止物体的能量为E0＝m0c2,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.
课前自主学案
一、狭义相对论的其他结论 1.相对论速度变换公式 (1)速度变换公式:设在高速的火车上,火车对地面的 速度为v,车上的人以速度u′沿火车前进的方向相 对那火么车他运 相动 对,地面的速度u＝___1u_＋′_u_＋′_c2_vv____,
如果车上人的运动与火车的运动方 －u′＋v 向相反，则他相对于地面的速度u＝__1_＋_－__uc_′2 _v___.
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,这与牛顿力学理论的计算结果有较 大的偏差,而爱因斯坦的广义相对论的计算结果与 实验观察结果十分接近.
例如:回旋加速器中被加速的粒子的质量会随粒子 的加速明显增加.导致粒子圆周运动的周期变大. 它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步.回 旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制.
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1.经过严格的证明,物体有静止质量 m0 和运动的质量
m,它们之间有如下关系:m＝
m0 1－vc 2