【物理】广义相对论简介PPT课件1
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(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.
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
《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．
广义相对论简介-完整版课件
典例精析 广义相对论的几个结论
解析 根据爱因斯坦的广义相对论可知，光线在太阳 引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候(如 日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C正确， A、B、D均错. 答案 C
12
1.(广义相对论的几个结论)在引力可以忽略的空间有一 艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于飞船的 运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是( A)D A.船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的 B.船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的 C.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的 D.航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的
kg
≈2.69×10－30 kg.
1234
由m＝
m0 1－v2/c2
得
v＝c 1－m20/m2 ≈0.94c＝2.82×108 m/s.
答案 2.69×10－30 kg 2.82×108 m/s
Thank you
Байду номын сангаас
广义相对论简介
2.宇航员能否根据“小球的加速下落”判断飞船是静止 在一个引力场中，还是正处在一个没有引力场而正加速 上升的过程中？ 答案 不能.
广义相对论简介
要点提炼
1.广义相对论的基本原理 (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.
15.4 广义相对论简介
学习目标定位
1.了解广义相对论的基本原理. 2.初步了解广义相对论的几个主要结论以及主要观测 证据.
广义相对论简介
问题设计
1.在一个全封闭的宇宙飞船中，若飞船静止，宇航员将 一小球自由释放，小球将怎样运动？假如没有引力场， 飞船加速上升，宇航员将小球自由释放，小球相对飞船 会怎样运动？ 答案 小球都是以某一加速度落向舱底.
《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》课件
《广义相对论》PPT课件
探索广义相对论的奇妙世界。从理论基础到引力波，从曲率时空到应用前景， 了解这个重要的物理理论。
简介
广义相对论是描述引力的理论，解释了时空的非欧几何结构。它对宇宙的起 源和演化具有重要意义。
理论基础
牛顿引力理论的弊端推动了研究广义相对论的诞生。伽利略相对性原理与等 效原理也是理论曲率效应。黑洞与奇点以及引力透镜效应是曲率时空的重要结果。
引力波
引力波是广义相对论的重要预言，它的探测将带来重力波天文学的崭新时代。了解引力波的来源和探测 方法。
应用
广义相对论不仅在纯理论研究中有价值，还在实际应用中发挥作用。探索GPS与广义相对论的关系，黑 洞的研究以及宇宙的诞生和演化。
结论
广义相对论是一项非常重要的物理理论，对我们理解宇宙和解释引力的性质至关重要。展望未来广义相 对论的发展方向。
探索广义相对论的奇妙世界。从理论基础到引力波，从曲率时空到应用前景， 了解这个重要的物理理论。
简介
广义相对论是描述引力的理论，解释了时空的非欧几何结构。它对宇宙的起 源和演化具有重要意义。
理论基础
牛顿引力理论的弊端推动了研究广义相对论的诞生。伽利略相对性原理与等 效原理也是理论曲率效应。黑洞与奇点以及引力透镜效应是曲率时空的重要结果。
引力波
引力波是广义相对论的重要预言，它的探测将带来重力波天文学的崭新时代。了解引力波的来源和探测 方法。
应用
广义相对论不仅在纯理论研究中有价值，还在实际应用中发挥作用。探索GPS与广义相对论的关系，黑 洞的研究以及宇宙的诞生和演化。
结论
广义相对论是一项非常重要的物理理论，对我们理解宇宙和解释引力的性质至关重要。展望未来广义相 对论的发展方向。
广义相对论_ppt01
2011-2-16
广义相对论_绪论
6
《物质的惯性同它所含的能量有关吗？》（Does the Inertia of a Body Depend Upon Its Energy Content?）作为对《论动体的电动力学》的补充，仅仅只有三页 纸，却是历史上最为短小精悍的论文之一，其中给出了大名鼎鼎的公式—— E=mc2！时至今日，这条公式甚至已经成为爱因斯坦和相对论的代名词。 将这5篇划时代的论文编纂成集的主编约翰·施塔赫尔这样概括了它们的意义： “努力扩展和完善经典力学传统；努力扩展和完善麦克斯韦电动力学并修正经典 力学使之与它一致；论证经典力学和麦克斯韦电磁学的有效性都是有限的，并试 图理解这些理论不能说明的现象。”（参见约翰·施塔赫尔 主编，范岱年 许良英 译，《爱因斯坦奇迹年——改变物理学面貌的五篇论文》导言，上海：上海科技 教育出版社，2001） 正是这五篇论文，改变了20世纪物理学的面貌，并深刻地影响了人类的命运至今。 爱因斯坦也正是凭借它们推倒了牛顿大楼和麦克斯韦大楼的那条天梯，最终使得 经典物理学大厦轰然倒塌，化为废墟。 为了纪念爱因斯坦，为了纪念这个充满神奇色彩的1905年，国际纯粹与应用物理 联合会（the International Union of Pure and Applied Physics，常简写为IUPAP） 和联合国将一百年后的2005年定为世界物理年（World Year of Physics 2005）， 并举行了一系列的活动，其中包括“物理照亮世界”的全球性光速传递活动。缅 怀伟人，继承遗志。
2005,北京,“世界物理年纪念大会”
2011-2-16 广义相对论_绪论 9
爱因斯坦，20世纪最伟大的物理学家之一，一生中开创了物理学的四个领域： 狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论。他不光是位伟大的科学家，还是 一个富有哲学探索精神的杰出的思想家。 一. 相对论及其推广： １．狭义相对论－－第一篇论文是1905年6月的《论动体的电动力学》，这是 Einstein青年时代多年探索的结果，以完整的形式提出了匀速运动下的相对论 理论，提出了空间、时间的新概念。这是一篇引起物理学理论基础变革的重要 文献。同时，作为相对论的一个推论，他又提出了质能相当关系，在理论上为 原子能的应用开辟了道路。 ２．广义相对论－－1907年，Einstein提出有必要把相对性理论从匀速运动推 广到加速运动，其基础就是惯性质量同引力质量的相当性。1912年开始，他 在M.格罗斯曼的合作下，用张量分析和曲面几何作为数学工具，终于在1915 年建立了广义相对论，1916年的论文《广义相对论的基础》就是这项工作的 总结。20世纪三十年代以后，他在相对论的运动问题的研究上取得了进展，这 就是从场定律推导运动定律。此外，早在1918年，他就预言了引力波的存在。 ３．宇宙学－－Einstein建成广义相对论后不久，就试图用来考查宇宙空间问 题，1917年的论文被认为是宇宙学的开创性文献。他创立了相对论宇宙学， 建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空 间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。 ４．统一场论－－企图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论，用 以解释物质的基元结构。他把自己后半生的主要精力都用在这方面。
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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广义相对论简介
教学目标
初步了解广义相对论的几个主要观点及主要观测证据 关注宇宙学研究的新进展
教学重点
广义相对性原理和等效原理
教学难点
理解广义相对论的主要结论：引力使光线弯曲和强引力场 附近的时间进程会变慢。
狭义相对论出现以后，整个世界都处于震惊和赞叹之中。 而爱因斯坦却在冷静地思考狭义相对论无法解决的两个问题：
这向我们提示：加速运动的参考系和万有引力，二者之间可能存 在某种深刻的联系。
广义相对论的两个基本原理可以得出一些意想不到的结论
广义相对论的几个结论
理解引力作用下光线弯曲 了解引力红移现象 了解引力使时间变慢
引力透镜效应
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。
理
狭义相对论和广义相对论的比较
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
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
惯性力
继续理解等效原理 学习利用惯性力处理非惯性参考系问题
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。
狭义相对论和广义相对论的比较
狭义相对论
爱因 斯坦 相对 性原 理
不同的惯性参考 系中一切物理规 律都是相同的
光 真空中的光速在 速 不同惯性参考系 恒 中都是相等的 定
广义相对论ຫໍສະໝຸດ 任何参考系（包括 非惯性系）中物理 规律都是相同的
广义 相对 性原 理
一个均匀的引力场 等 与一个做匀加速运 效 动的参考系等价 原
引力透镜效应
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
人教版高中物理选修3-4 15.4广义相对论简介(共40张PPT)PPT课 件人教 版部编 版优秀 公开课 课件下 载
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。
“－”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
以加速上升的电梯为参考系， 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。
重力和惯性力的合力使人感 受到了超重。
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。
由于太阳引力场的作用， 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，这是对相对论的最早证实
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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
广义相对论的基本原理
2、等效原理： 在封闭的宇宙飞船内，一小球以某一加速度落向舱底。
飞船内部的任何物理过程都不 能告诉我们，飞船到底是在加 速运动，还是停泊在一个行星 的表面。
一个均匀的引力场与一个做匀 这可能是由于飞船处于 也可能飞船正在远离任何 加速运动的参考系等价 某个星球的引力场中； 天体的空间加速飞行。
1、引力问题
2、非惯性系问题
引力的作用以什么速度传递？ 狭义相对论只适用于惯性系
现成的理论都不涉及这个问题。
万有引力定律无法纳入狭义相 对论的理论框架。
为什么惯性系具有这样的地位？ 狭义相对论无法解释
因为上述两个问题，狭义相对论无法解释，爱因斯坦提出了广义 相对论。
爱因斯坦
广义相对论的基本原理
理解等效原理 理解广义相对性原理
如果飞船做匀加速运动，在光向右 传播的同时，飞船的速度也在不断 增大，因此船上观察者记录下的光 的径迹是一条抛物线。
引力透镜效应
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 引力场越强，弯曲越厉害
引力透镜效应
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
广义相对论的基本原理
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 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 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。
广义相对论的基本原理
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。
惯性质量和引力质量
质量的定义
质量是决定物体惯性大 小的唯一因素
物体之间的万有引力与物 体的质量有关
运动状态难改变
由惯性定义的质量称为 惯性质量
由引力定义的质量称为 引力质量
惯性质量和引力质量
位于地面且静止 此时的质量为惯性质量
无
法
观
黑洞
测
人教版高中物理选修3-4 15.4广义相对论简介(共40张PPT)PPT课 件人教 版部编 版优秀 公开课 课件下 载
引力透镜效应
地球表面有引力，为什么说在地球表面均匀介质中光沿直线 传播？ 地球表面的引力场很弱，对光的传播方向影响很小，所以认 为光沿直线传播。
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引力和惯性力都可 以使物体加速下落
加速飞行 此时的质量为引力质量
惯性质量和引力质量
牛顿第二定律的表达式
惯性力的定义式
惯性质量是物体被当做质点 时，其惯性大小的量度
“m”应该叫做惯性质量
“－”号表示惯性力的方向与 非惯性系的加速度方向相反
惯性质量和引力质量
事实上，到目前为止的一切实验研究都没有找到惯性质量和引力 质量之间的差别。
牛顿运动定律不能成立的参考系则是非惯性参考系。
非惯性系和惯性系
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
非惯性系和惯性系
加速运动的列车是 个非惯性参考系。
光滑表面 为了让牛顿定律在非惯性系 中能够成立，引入惯性力。
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
教学目标
初步了解广义相对论的几个主要观点及主要观测证据 关注宇宙学研究的新进展
教学重点
广义相对性原理和等效原理
教学难点
理解广义相对论的主要结论：引力使光线弯曲和强引力场 附近的时间进程会变慢。
狭义相对论出现以后，整个世界都处于震惊和赞叹之中。 而爱因斯坦却在冷静地思考狭义相对论无法解决的两个问题：
这向我们提示：加速运动的参考系和万有引力，二者之间可能存 在某种深刻的联系。
广义相对论的两个基本原理可以得出一些意想不到的结论
广义相对论的几个结论
理解引力作用下光线弯曲 了解引力红移现象 了解引力使时间变慢
引力透镜效应
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。
理
狭义相对论和广义相对论的比较
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
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
惯性力
继续理解等效原理 学习利用惯性力处理非惯性参考系问题
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。
狭义相对论和广义相对论的比较
狭义相对论
爱因 斯坦 相对 性原 理
不同的惯性参考 系中一切物理规 律都是相同的
光 真空中的光速在 速 不同惯性参考系 恒 中都是相等的 定
广义相对论ຫໍສະໝຸດ 任何参考系（包括 非惯性系）中物理 规律都是相同的
广义 相对 性原 理
一个均匀的引力场 等 与一个做匀加速运 效 动的参考系等价 原
引力透镜效应
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
人教版高中物理选修3-4 15.4广义相对论简介(共40张PPT)PPT课 件人教 版部编 版优秀 公开课 课件下 载
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。
“－”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
以加速上升的电梯为参考系， 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。
重力和惯性力的合力使人感 受到了超重。
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。
由于太阳引力场的作用， 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，这是对相对论的最早证实
人教版高中物理选修3-4 15.4广义相对论简介(共40张PPT)PPT课 件人教 版部编 版优秀 公开课 课件下 载
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
广义相对论的基本原理
2、等效原理： 在封闭的宇宙飞船内，一小球以某一加速度落向舱底。
飞船内部的任何物理过程都不 能告诉我们，飞船到底是在加 速运动，还是停泊在一个行星 的表面。
一个均匀的引力场与一个做匀 这可能是由于飞船处于 也可能飞船正在远离任何 加速运动的参考系等价 某个星球的引力场中； 天体的空间加速飞行。
1、引力问题
2、非惯性系问题
引力的作用以什么速度传递？ 狭义相对论只适用于惯性系
现成的理论都不涉及这个问题。
万有引力定律无法纳入狭义相 对论的理论框架。
为什么惯性系具有这样的地位？ 狭义相对论无法解释
因为上述两个问题，狭义相对论无法解释，爱因斯坦提出了广义 相对论。
爱因斯坦
广义相对论的基本原理
理解等效原理 理解广义相对性原理
如果飞船做匀加速运动，在光向右 传播的同时，飞船的速度也在不断 增大，因此船上观察者记录下的光 的径迹是一条抛物线。
引力透镜效应
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 引力场越强，弯曲越厉害
引力透镜效应
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
广义相对论的基本原理
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 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 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。
广义相对论的基本原理
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。
惯性质量和引力质量
质量的定义
质量是决定物体惯性大 小的唯一因素
物体之间的万有引力与物 体的质量有关
运动状态难改变
由惯性定义的质量称为 惯性质量
由引力定义的质量称为 引力质量
惯性质量和引力质量
位于地面且静止 此时的质量为惯性质量
无
法
观
黑洞
测
人教版高中物理选修3-4 15.4广义相对论简介(共40张PPT)PPT课 件人教 版部编 版优秀 公开课 课件下 载
引力透镜效应
地球表面有引力，为什么说在地球表面均匀介质中光沿直线 传播？ 地球表面的引力场很弱，对光的传播方向影响很小，所以认 为光沿直线传播。
人教版高中物理选修3-4 15.4广义相对论简介(共40张PPT)PPT课 件人教 版部编 版优秀 公开课 课件下 载
引力和惯性力都可 以使物体加速下落
加速飞行 此时的质量为引力质量
惯性质量和引力质量
牛顿第二定律的表达式
惯性力的定义式
惯性质量是物体被当做质点 时，其惯性大小的量度
“m”应该叫做惯性质量
“－”号表示惯性力的方向与 非惯性系的加速度方向相反
惯性质量和引力质量
事实上，到目前为止的一切实验研究都没有找到惯性质量和引力 质量之间的差别。
牛顿运动定律不能成立的参考系则是非惯性参考系。
非惯性系和惯性系
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
非惯性系和惯性系
加速运动的列车是 个非惯性参考系。
光滑表面 为了让牛顿定律在非惯性系 中能够成立，引入惯性力。
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