人教版高中物理选修广义相对论简介
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人教版 高中物理选修3-4 15.4广义相对论简介课件(18张ppt)
这说明一个均匀的引力场与一个做匀加速运动 的参考系等价，这就是等效原理。
二、广义相对论的几个结论
从广义相对论的两个基本原理出发， 可以直接得到一些“意想不到”的结 论。请大家阅读教材，说明得到了哪 些结论，这些结论的实验验证是什么？
第一个结论，物质的引力使光线弯曲。 20世纪初，人们观测到了太阳引力场引起 的光线弯曲。观测到了太阳后面的恒星。
引力场的存在会使得空间不同位置的时间进程出现差别， 在强引力场的星球附近，时间进程会变慢。矮星表面的引 力很强，那里的时间进程慢，那里原子发射的光的频率会 比地球上同种原子发射的光的频率低。因为在可见光范围 内，红光频率是最低的。这种发射光的频率变低的现象就 认为是红移。
时间间隔与引力场有关
各 类 星 体 对 比
15.4 广义相对论简介
教学目标
1．了解广义相对性原理和等效原理。
2．了解广义相对论的几个结论及主要观测证据。 3．通过本节学习，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，
形成初步的相对论时空观。
教学重点 广义相对性原理和等效原理。 教学难点 理解广义相对论的几个结论。
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入， 人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电磁 波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁场的 研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论 的出现．
一、广义相对性原理和等效原理
广义相对性原理的内容：“在任何参考系中，物 理规律都是相同的”，也可以理解为：“物理学定 律必须对于无论哪种方式运动着的参考系都成立”。
停泊在行星表面的飞船里，没有支撑的物体 会做自由落体运动即匀加速运动，这是因为飞 船处在行星表面空间的引力场中；
如果飞船远离行星表面做匀加速运动，也会观察到 没有支撑的物体的自由落体运即匀加速运动。我们不 能根据飞船内的自由落体运动来判断飞船到底在加速 运动，还是停在一个行星的表面。
二、广义相对论的几个结论
从广义相对论的两个基本原理出发， 可以直接得到一些“意想不到”的结 论。请大家阅读教材，说明得到了哪 些结论，这些结论的实验验证是什么？
第一个结论，物质的引力使光线弯曲。 20世纪初，人们观测到了太阳引力场引起 的光线弯曲。观测到了太阳后面的恒星。
引力场的存在会使得空间不同位置的时间进程出现差别， 在强引力场的星球附近，时间进程会变慢。矮星表面的引 力很强，那里的时间进程慢，那里原子发射的光的频率会 比地球上同种原子发射的光的频率低。因为在可见光范围 内，红光频率是最低的。这种发射光的频率变低的现象就 认为是红移。
时间间隔与引力场有关
各 类 星 体 对 比
15.4 广义相对论简介
教学目标
1．了解广义相对性原理和等效原理。
2．了解广义相对论的几个结论及主要观测证据。 3．通过本节学习，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，
形成初步的相对论时空观。
教学重点 广义相对性原理和等效原理。 教学难点 理解广义相对论的几个结论。
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入， 人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电磁 波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁场的 研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论 的出现．
一、广义相对性原理和等效原理
广义相对性原理的内容：“在任何参考系中，物 理规律都是相同的”，也可以理解为：“物理学定 律必须对于无论哪种方式运动着的参考系都成立”。
停泊在行星表面的飞船里，没有支撑的物体 会做自由落体运动即匀加速运动，这是因为飞 船处在行星表面空间的引力场中；
如果飞船远离行星表面做匀加速运动，也会观察到 没有支撑的物体的自由落体运即匀加速运动。我们不 能根据飞船内的自由落体运动来判断飞船到底在加速 运动，还是停在一个行星的表面。
人教版高中物理课件-广义相对论简介
第四節 廣義相對論簡介
(1)超越狹義相對論的思考 介紹愛因斯坦思考狹義相對論無法解決
的兩個問題：
第一個是引力問題，萬有引力定律不滿足洛 倫茲變換，無法納人狹義相對論的理論框架；
第二個是非慣性系問題，狹義相對論只適用 於慣性系。它們是促成廣義相對論的前提。
（2）廣義相對論等效原理
在一個引力可以
光
半 忽略的宇宙空間有一艘
廣義相對論結論（4）——引力紅移
各 類 星 體 對 比
做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時間進程 比較慢，哪里的發光的頻率比同種的原子在地球上發 光頻率低，看起來偏紅，這個現象叫做引力紅移．
廣義相對論結論（5）——引力場影響長度
出現了差別．
引力勢由高到低變化
地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大．根據狹義相對 論，靠近邊緣部位的杆的長度較短．
源
透 太空船在做勻加速直線
明 運動，船上的觀察者記
屏 錄光的徑跡是一條拋物
a
線．
假設飛船靜止，而在船尾存在一個巨大的物體， 在它的引力場作用下,光的軌跡也是一條拋物線。
等效原理
引力場與勻加速參考系等價
（3）廣義相對論主要結論
廣義相對論結論（1）——光線彎曲
20世紀只能觀測到太陽 引力場引起的光線彎曲．
圓盤上的人認為：引力勢較低的位置，杆的長度越短．
由於物質的存在，實際空間並不是均勻 的，空間發生了“彎曲”：
狹義、廣義相對論比較
狹義相對論
廣義相一
更進一步
任何參考系 （包括非慣性
相 對
性原 切物理規律
系）中物理規 性
理 都是相同的
律都是相同的 原
理
光 真空中的光 速 速在不同慣 恒 性參考系中 定 都是相等的
(1)超越狹義相對論的思考 介紹愛因斯坦思考狹義相對論無法解決
的兩個問題：
第一個是引力問題，萬有引力定律不滿足洛 倫茲變換，無法納人狹義相對論的理論框架；
第二個是非慣性系問題，狹義相對論只適用 於慣性系。它們是促成廣義相對論的前提。
（2）廣義相對論等效原理
在一個引力可以
光
半 忽略的宇宙空間有一艘
廣義相對論結論（4）——引力紅移
各 類 星 體 對 比
做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時間進程 比較慢，哪里的發光的頻率比同種的原子在地球上發 光頻率低，看起來偏紅，這個現象叫做引力紅移．
廣義相對論結論（5）——引力場影響長度
出現了差別．
引力勢由高到低變化
地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大．根據狹義相對 論，靠近邊緣部位的杆的長度較短．
源
透 太空船在做勻加速直線
明 運動，船上的觀察者記
屏 錄光的徑跡是一條拋物
a
線．
假設飛船靜止，而在船尾存在一個巨大的物體， 在它的引力場作用下,光的軌跡也是一條拋物線。
等效原理
引力場與勻加速參考系等價
（3）廣義相對論主要結論
廣義相對論結論（1）——光線彎曲
20世紀只能觀測到太陽 引力場引起的光線彎曲．
圓盤上的人認為：引力勢較低的位置，杆的長度越短．
由於物質的存在，實際空間並不是均勻 的，空間發生了“彎曲”：
狹義、廣義相對論比較
狹義相對論
廣義相一
更進一步
任何參考系 （包括非慣性
相 對
性原 切物理規律
系）中物理規 性
理 都是相同的
律都是相同的 原
理
光 真空中的光 速 速在不同慣 恒 性參考系中 定 都是相等的
SAT2物理154广义相对论简介 新人教版选修34精品PPT课件
Chapel Hill）的早申（EA）中断日期是10月15日。大部分黉舍的早申（EA&ED）的中断日期是11月1日。UC体系（包含UCB，UCLA等黉舍）的请求中断日期是11月30日。（UC没有早申和惯例请求之分）大部分黉舍的惯例请求（RD）的中断日期是1月1日。有个体1月2、3、15日的黉舍。极少数会到2月。外洋标化查验多长光阴出分
最高呢？早申（EA&ED）；你什么时候有光阴没有被成山的PS和ESSAY搞疯呢？暑假。换言之，EA&ED的105分便是RD的110分，乃至115分。标化分数是有保质期的，越拖越不值钱。哪怕有人拖了三个月让你考到115分，也和三个月前的105分差不多。光阴犹胜款项，谁能舍得摧残浪费蹂躏。咱们灵格斯的暑期名字——托福保分班。
在做义务的光阴体系都有规则光阴并为门生计时，而后监视门生。而招架门生最能拖光阴的背单词，灵格斯选用每天抽出2小时光阴专门来背单词，上交手机，老师负责检查门生可否依照灵格斯特有的背词法背单词，一路老师将门生的每日学习状态中断汇总及反应。4、灵格斯是退款的！为了削减门生的压力，灵格斯老师会倡
议门生报名2-3次查验，以其中高的一次为准，离用意差一分退一千。未然咱们说的是保存，那么门生来了往后催促他们结束义务便是义务，不会以此为托言不退款。固然，我晓得诸位大佬们在意的不是钱而是末尾的分，但是咱们也清楚西席们是很在意人为的。门生出不出分是和老师们的……相干的，设想一下初三高三的老师
养低级辞汇、辨音、发音等底子英语说话才能，辞汇量在1500左右的学员； 需要补充根本英语才能以进入托福根本段的学员； 以及已经加入工作，循序渐进地为学员进入TOEFL根本段的进修做好准备？课程的用度大致在2900-3000元左右。课程围绕TOEFL辞汇红宝书内容停止授课，北京灵格斯托福辞汇班学费几多钱有人肯定会
高中物理最新课件-广义相对论简介002 精品
二、对相对论质量和质能方程的理解 1．相对论质量 物体的质量会随物体的速度的增大而增大， 物体以速度 v 运 动 时 的 质 量 m 与 静 止 时 的 质 量 m0 之 间 的 关 系 m ＝ m0 v2 1－ c .
v2 (1)v≪c 时，( c ) ＝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的运动状态无关．
1 1－22＝
3 c＝2.6×108 m05 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
再见
高中物理· 选修3-4· 人教版
第 2讲
狭义相对论的其他结论
广义相对论简介
[目标定位] 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．
一、狭义相对论的其他结论 1．相对论速度变换公式 设车对地面的速度为 v，车上的人以速度 u′沿着火车前进的 方向相对火车运动，那么他相对地面的速度 u u′＋v u＝ u′ v 1＋ 2 c 如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反， 则 u′取负 值．
1．当物体运动方向与参考系相对地面的运动 方向相反时，公式中的u′取负值． 2．若物体运动方向与参考系运动方向不共线， 此式不可用． 3．由公式可知：u一定比u′＋v小，但当u′和v 都比c 小得多时，可认为 u＝ u′＋v ，这就是 低速下的近似，即经典力学中的速度叠 加． 4．当u′＝v＝c时，u＝c，证明了光速是速度 的极限，也反证了光速不变原理．
高中物理-第15章 相对论简介 3-4 狭义相对论的其他结论 广义相对论简介课件 新人教版选修3-4
5.9×106 m/s 可以使用经典动能公
探究一
探究二
变式训练1 导学号一粒子以0.05c的速度相对实验室参考系运动。
此粒子衰变时发射一个电子,电子相对于粒子的速度为0.8c,电子的
运动方向与粒子运动方向相同。求电子相对于实验室参考系的速
度。
解析:已知v=0.05c,u'=0.8c。
由相对论速度变换公式得
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】 一个原来静止的电子,经过100 V的电压加速后它的动
能是多少?质量改变了百分之几?速度是多少?此时还能否使用经典
的动能公式?(m0=9.1×10-31 kg)
探究一
探究二
解析:由动能定理:
Ek=eU=1.6×10-19×100 J=1.6×10-17 J
k
2
根据质能方程:ΔE=Δmc 得 Δm= 2 ,
u=
'+
' =
1+ 2
答案:0.817c
0.8+0.05
0.8×0.05 ≈0.817c。
1+
2
探究一
探究二
探究二广义相对论的几个结论
问题导引
地球表面有引力,那么为什么在地球表面均匀介质中光沿直线传播?
探究一
探究二
名师精讲
1.光线在引力场中弯曲:根据广义相对论,物质的引力会使光线弯曲,
加速度也是一定的,足够长的时间以后物体就可以达到任意的速度。
②相对论情况下:物体的质量随其速度的增大而增大。物体以速度
0
m=
v运动时的质量m与静止时的质量m0的关系式为
。
2
1-
(3)质能方程:
人教版高中物理选修广义相对论简介
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
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
人教版高中物理选修广义相对论简介
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。
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人教版高中物理选修广义相对论简介
人教版高中物理选修广义相对论简介
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
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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
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
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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
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引力透镜效应
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飞船外观察者看到这束光是直线 传播的（水平向右）
人教版选修3《广义相对论简介》说课稿
人教版选修3《广义相对论简介》说课稿一、教材和教学目标本节课以人教版选修3中的《广义相对论简介》作为教学内容，旨在使学生初步了解广义相对论的基本概念和主要内容，认识到相对论在现代物理学中的重要性，培养学生的科学思维和物理学观点，并发展他们的逻辑思维和科学素养。
具体的教学目标如下： 1. 知识目标：理解广义相对论的核心概念、基本原理；了解引力的本质和时空弯曲的概念。
2. 能力目标：培养学生分析问题、归纳总结的能力；提高学生的逻辑思维和科学表达能力。
3. 情感目标：培养学生对科学探究的兴趣，增强学生对科学的敬畏之情。
二、教学重难点本节课的教学重点是让学生理解广义相对论的核心概念和基本原理，并能够运用所学知识解释引力的本质和时空的弯曲。
教学难点在于引导学生从传统牛顿力学的观念转变到相对论的框架下思考问题，同时培养学生的逻辑思维和科学表达能力。
三、教学内容及教学步骤1. 引入•利用黑洞的概念引起学生的兴趣和好奇心，让学生提出他们对黑洞的认识和想法。
•利用引人入胜的科学实验视频或图片，展示黑洞的强大引力和奇特现象。
2. 概念解释•介绍牛顿力学和相对论的不同，引出相对论中时空的概念和引力的本质。
•解释时空的弯曲是由于质量和能量使时空产生弯曲，引力是物体沿着弯曲时空的运动轨迹。
3. 相对论的基本原理•介绍相对论的两个基本原理：等效原理和等时原理。
•解释等效原理：任何实验室内的物理学定律，在自由下落的加速参考系中同样成立。
•解释等时原理：在引力场中，钟走得较慢，时间呈现出流逝的效应。
4. 情景模拟•利用生动的场景和实例，模拟时空弯曲的效应，如引力透镜、双星系统等。
•引导学生从实例中理解时空弯曲对物体运动的影响。
5. 总结与拓展•让学生总结所学的核心概念和基本原理，理解广义相对论的重要性和影响。
•引导学生思考广义相对论在日常生活和科学研究中的应用，如GPS导航系统的原理等。
四、教学评价方式为了评价学生对广义相对论的理解和应用能力，可以采用以下评价方式： 1. 课堂参与：评价学生在课堂上的积极性、主动性和思维深度。
高中物理 第十五章 相对论简介 4 广义相对论简介互动课堂学案 新人教版选修34
1 4．广义相对论简介互动课堂疏导引导一、广义相对论基本原理1915年，爱因斯坦提出了广义相对论的两个基本假设：第一个假设是等效原理.具体描述为：在物理学上，（在无限小的体积中均匀的）引力场等效于一个做匀加速运动的参考系，即引力场等效于无引力场中的加速运动.第二个假设是广义相对性原理，无论是惯性参考系还是非惯性参考系，对于描述物理现象来说都是平权的.二、狭义相对论与广义相对论相对论认为时间和长度测量和参考系（运动）有关，在不同的参考系中则有不同的实验现象和结果，因此学习本节知识时要灵活应用参考系坐标变换，故应要有时间转变的观念，不要错误地认为长度是不变的.综合狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力场描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代对于引力的传统看法.因此，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引力时的情况；而万有引力定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况.活学巧用1.以18 km/s 的速度运行的人造卫星上一只完好的手表过1 min ，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？思路解析：卫星上观测到的时间为Δt′=1 min，卫星运动的速率为v=8×103 m/s ，所以地面上观测到的时间为min )103108(11)(12832⨯⨯-=-'∆=∆c v t t =(1+3.6×10-10） min 答案：（1+3.6×10-10) min2.同样的杆，放在盘上的不同位置，它们随盘运动的速度是否一样？思路解析：根据狭义相对论，它们的长度也就不一样，越是靠近边缘，杆就越短.盘上的人也观察到了这种差别，不过他以圆盘为参考系，认为盘是静止的，同时他还认为盘上各点存在着指向圆盘边缘的引力，因此他得出结论：引力势越低的位置，杆的长度越短. 答案：不一样，越靠近边缘，速度越小。
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．
高中物理 15.4《广义相对论简介》课件 新人教版选修34
和惯以性加(速gu上ànx升ìn的g)系电梯为参
考系，我们可以认为乘坐电
梯的人除了受到重力(zhònglì)
的作用，还受到一个向下的
a
惯性力，重力(zhònglì)和惯性
力的合力使人感受到了超
重．
a
G ma
第九页，共24页。
非惯性(guànxìng)系 和惯性(guànxìng)系
21世纪，人类在空间站中长 期生活，为了克服(kèfú)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．
第二十一页，共24页。
杆的长度(chángdù)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(fāshēng)了“弯曲”：
第二十二页，共24页。
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对于(duìyú)时空观的认 识
狭义相对论
时空(shí kōnɡ)性 质和物质的运动 有关
时 空 观
惯性系平权
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．
第十九页，共24页。
时间(shíjiān)间隔与引力场 有关
各 类 星 体 对 比 (du ìbǐ)
宇宙中有一类(yī lèi)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．
系和惯性(guànxìng)
系
人教版高中物理选修3-4课件 15 广义相对论简介课件3
答案：C
1．发生明显衍射现象的条件是什么？ 提示：障碍物的尺寸比光的波长小或相差不多。 2．光线是沿直线传播的，为什么能观察到太阳后面的恒 星？ 提示：光线在引力场作用下发生了弯曲。
例4 某星体以速度v离开地球，其谱线在地球上看来 ( ) A．光谱不变 C．光谱紫移 B．光谱红移 D．光谱压缩
解析：星体以速度v离开地球时，其谱线远离地球引力场， 根据广义相对论的引力红移效应，光线在引力场强度大的地方 频率大，在引力场强度小的地方频率小，可得此谱线在地球上 看来光谱红移。选B。
例3
在适当的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒 )过太阳时发生了衍射 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
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。
误区3：误认为光速不变原理和等效原理都是狭义相对论的 基本假设 这是由于分不清狭义相对论和广义相对论的基本假设，光 速不变原理属于狭义相对论，而等效原理属于广义相对论。
[疑后小练] 下列属于广义相对论结论的是( A．尺缩效应 B．时间变慢 C．光线在引力场中弯曲 D．物体运动时的质量比静止时大
)
第十五章 相对论简介
第4节
广义相对论简介
[学习目标] 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观点以及主要观测数据。
难点：广义相对论的基本假设
课前自主学习
广义相对论简介 1．广义相对论的基本原理
任何 参考系中，物理规律都是相 (1)广义相对性原理：在 ______
同的。
匀加速 运动的 (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做 ________
人教版高中物理选修3-4课件第四节广义相对论简介
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
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
第四节
广义相对论简介
(1)超越狭义相对论的思考 介绍爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两 个问题： 第一个是引力问题，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 ； 第二个是非惯性系问题，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。
广义相对论结论（2）——透镜效应
种现象叫做引力透镜效应．
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
广义相对论结论（3）——引力场影响时间
出现差别．
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，引 力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢．
广义相对论结论（5）——引力场影响长度
出现了差别．
引力势由高到低变化
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：引力匀的， 空间发生了“弯曲”：
2019高中物理第十五章第3、4节狭义相对论的其他结论广义相对论简介课件新人教版选修3_4
Ek＝m0c2－m1－0c212＋vc122m0c2vc 2≈12m0v2。
(3)物体的总能量 E 为动能与静质能之和，即 E＝Ek＋
E0＝mc2(m 为动质量)。
(4)由质能关系式可知 ΔE＝Δmc2。
[典型例题] 例 1.一个原来静止的电子，经过 100 V 的电压加速后它的动能是多少？质量改变了 百分之几？速度是多少？此时还能否使用经 典的动能公式？(m0＝9.1×10－31 kg)
质子的静质能为 E0＝m0c2， 质子的动能为 Ek＝E－E0 ＝2.29m0c2－m0c2 ＝1.29m0c2， 两个质子的动能总和为 2Ek＝2.58m0c2。 答案：2.58m0c2
2×1.6×10－17 9.1×10－31
m/s≈5.9×106 m/s
2Ek m0
＝
上述计算表明，加速后的电子的速度远小于光
速，属于低速，可以使用经典的动能公式。
[ 答 案 ] 1.6×10 － 17 J 0.02% 5.9×106 m/s 可以使用经典动能公式
[点评] 相对论的质速关系
由相对论的质速关系 m＝
[解析] 由动能定理得 Ek＝eU＝1.6×10－19×100 J ＝1.6×10－17 J
根据质能方程 ΔE＝Δmc2，得 Δm＝ΔcE2 ＝Ec2k
质量的改变量是原来的
Δm m0
＝
Ek m0c2
×100%
＝
1.6×10－17 9.1×10－31×3×1082
×100%≈0.02%
加速后的速度为 v＝
[解析] 由广义相对论我们知道：物 质的引力使光线弯曲，A、D 正确；在引 力场中时间进程变慢，而且引力越强， 时间进程越慢，因此我们能观察到引力 红移现象，B 正确；由光速不变原理知， C 错误。
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，
人教版高中物理教案-广义相对论简介
4．廣義相對論簡介1．知道相對論速度疊加規律。
2．知道相對論質能關係。
3．初步瞭解廣義相對論的幾個主要觀點以及主要觀測證據。
4．關注宇宙學的新進展。
狹義相對論告訴我們，物體運動的極限速度都不可能越過真空中的光速。
在宏觀低速運動的條件下，伽利略的速度疊加原理簡單有效，但對高速運動的物體及微觀高速粒子，速度的疊加原理與傳統經典觀念矛盾，必須要考慮相對論效應。
考慮相對論效應的情況下速度的疊加是怎樣的呢？提示：相對論效應指的是“動尺變短”或“動鐘變慢”等。
在高速運動的參考系中，速度的疊加必須考慮這個因素，低速宏觀狀態下遵守伽利略的速度疊加原理，高速的情況下任何運動的速度不能超過光速。
一、狹義相對論的其他結論1．相對論速度變換公式設車對地的速度為v，人對車的速度為u′，車上人相對於地面的速度為u，(1)經典的時空觀：u＝u′＋v。
(2)相對論的速度變換公式為：_______________________________________________。
如果車上人運動方向與車運動方向相同，u′取____值，如果車上人運動方向與車運動方向相反，u′取____值。
(3)結論：光速c是宇宙萬物速度的極限，且相對於任何參考系都是不變的。
注意：它只適用於沿同一直線運動物體速度的疊加。
2．相對論品質(1)經典力學：物體的品質是______的，一定的力作用在物體上，產生的加速度也是______的，足夠長的時間以後物體就可以達到______速度。
(2)相對論情況下：物體的品質隨其速度的增大而增大。
物體以速度v運動時的品質m 與靜止時的品質m0的關係式為：____________________。
3．質能方程質能方程：________。
質能方程表達了物體的品質m和它所具有的能量E之間的關係。
思考：有人根據E＝mc2得出結論：品質可以轉化為能量、能量可以轉化為品質。
這種說法對嗎？二、廣義相對論簡介1．超越狹義相對論的思考愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題：(1)引力問題，萬有引力理論無法納入______________的框架。
高中物理人教版选修34课件：第十五章第3、4节 狭义相对论的其他结论 广义相对简介
[审题指导] 解答本题时应注意以下两点： (1)如果质量发生明显变化，经典动能公式就不成立了。 (2)如果质量变化可忽略，则仍可使用经典动能公式。
[解析] 由动能定理：Ek＝eU＝1.6×10－19×100 J＝ 1.6×10－17 J。
根据质能方程：ΔE＝Δmc2，得 Δm＝ΔcE2 k，
质量的改变量是原来的：
2．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
运动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
解析：由广义相对性原理和等效原理的内容知A、D正确。
答案：AD
3．根据爱因斯坦质能关系方程，可以说明 ( ) A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后 各物质的质量和一定不相等 B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一 定在不断地减小 C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是 不可改变的 D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能 量，则地球的质量将不断增大
[试身手·夯基础] 1．如果宇航员驾驶一艘飞船以接近于光速的速度朝一星体
飞行，宇航员是否可以根据下述变化发觉自己在运动( ) A．他的质量在减少 B．他的心脏跳动在慢下来 C．他永远不能由自身的变化知道自己是否在运动 D．他在变大 解析：宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始 终为零，因此他不可能发现自身的变化，所以选项A、B、 D错误，选项C正确。 答案：C
解析：根据E＝mc2，当能量变化时，参加核反应的物质 的质量发生变化，故A正确；太阳在发生聚变，释放出 大量能量，质量减小，故B正确，C错误。由于地球向外 辐射的能量小于从外界获得的能量，所以地球的质量将 不断增大。 答案：ABD
[解析] 由动能定理：Ek＝eU＝1.6×10－19×100 J＝ 1.6×10－17 J。
根据质能方程：ΔE＝Δmc2，得 Δm＝ΔcE2 k，
质量的改变量是原来的：
2．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
运动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
解析：由广义相对性原理和等效原理的内容知A、D正确。
答案：AD
3．根据爱因斯坦质能关系方程，可以说明 ( ) A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后 各物质的质量和一定不相等 B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一 定在不断地减小 C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是 不可改变的 D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能 量，则地球的质量将不断增大
[试身手·夯基础] 1．如果宇航员驾驶一艘飞船以接近于光速的速度朝一星体
飞行，宇航员是否可以根据下述变化发觉自己在运动( ) A．他的质量在减少 B．他的心脏跳动在慢下来 C．他永远不能由自身的变化知道自己是否在运动 D．他在变大 解析：宇航员以飞船为惯性系，其相对于惯性系的速度始 终为零，因此他不可能发现自身的变化，所以选项A、B、 D错误，选项C正确。 答案：C
解析：根据E＝mc2，当能量变化时，参加核反应的物质 的质量发生变化，故A正确；太阳在发生聚变，释放出 大量能量，质量减小，故B正确，C错误。由于地球向外 辐射的能量小于从外界获得的能量，所以地球的质量将 不断增大。 答案：ABD
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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
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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
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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
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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。
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。
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引力透镜效应
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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。
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广义相对论的基本原理
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
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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。
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。
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时间间隔和引力场有关
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。
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。
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。
广义相对论与几何学
广义相对论告诉我们实际空间 是弯曲的，因此描述实际空间 的应该是更具有一般意义的非 欧几何。
作为非欧几何的特例，欧几里 得几何学在它的适用范围内仍 是正确的，还将继续发挥作用。
总结
广义相对性原理和等 效原理
广义相对论
物质的引力使光线弯曲
广义相对论的两个 结论
引力场的存在使空间不同位置的时 间进程出现差别
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
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
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。
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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
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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
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。
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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。
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：
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。
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时间间隔和引力场有关
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。
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
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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
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
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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时间间隔和引力场有关
引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别
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 果十分近似。
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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
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“－”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。
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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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
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杆的长度和引力场有关
由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，空间发生了“弯曲”
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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。
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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
各 类 星 体 对 比
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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。
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时间间隔和引力场有关
引力红移
矮星表面的时间进程比较慢，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”。
各 类 星 体 对 比