湖北省荊州市沙市第五中學物理課件(人教版)選修3-4 15.4 廣義相對論簡介

1、第十五章第十五章 相對論簡介相對論簡介第十五章第十五章 相對論簡介相對論簡介第四節(jié)第四節(jié) 廣義相對論簡介廣義相對論簡介復復 習習一、狹義相對論的兩點假設：一、狹義相對論的兩點假設：1 1、狹義相對性原理、狹義相對性原理 在不同的在不同的慣性參考系慣性參考系，一切物理規(guī)律一切物理規(guī)律都是都是相同的相同的2 2、光速不變原理、光速不變原理 真空中的光速真空中的光速在不同的慣性參考系中是在不同的慣性參考系中是相相同同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關系。關系。二、由狹義相對論推出的幾個結論二、由狹義相對論推出的幾個結論1 1、“同時同時”的相對性的相對性2

2、 2、動尺變短、動尺變短3 3、動鐘變慢、動鐘變慢4 4、速度變換公式、速度變換公式21cvuvuu201cvtt201cvll5 5、相對論質量、相對論質量6 6、質能方程、質能方程2mcE 201cvmm閱讀思考題閱讀思考題1 1、狹義相對論遇到哪兩個無法解決的問題？、狹義相對論遇到哪兩個無法解決的問題？2 2、廣義相對論的兩個基本原理是什么？、廣義相對論的兩個基本原理是什么？ 與狹義相對論的兩個假設有什么不同？與狹義相對論的兩個假設有什么不同？3 3、根據廣義相對論的兩個基本原理可以導出、根據廣義相對論的兩個基本原理可以導出那些重要結論？那些重要結論？一、超越狹義相對論的思考一、超越狹義

3、相對論的思考 愛因斯坦思考愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩狹義相對論無法解決的兩個問題：個問題：1 1、引力問題、引力問題 萬有引力定律無法納入狹義相對論的理萬有引力定律無法納入狹義相對論的理論框架；論框架；2 2、非慣性系問題，、非慣性系問題， 狹義相對論只適用于慣性系，為什么慣狹義相對論只適用于慣性系，為什么慣性系具有這樣的地位？狹義相對論無法解性系具有這樣的地位？狹義相對論無法解釋釋 二、廣義相對性原理和等效原理二、廣義相對性原理和等效原理1 1、廣義相對性原理：、廣義相對性原理： 在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。伽利略相對性原理伽利略相對性原理

4、 力學規(guī)律力學規(guī)律在在任何慣性系任何慣性系都是都是相同相同的的愛因斯坦狹義相對性原理愛因斯坦狹義相對性原理(1905年年) 在在不同的慣性參考系不同的慣性參考系中，中，一切物理規(guī)律一切物理規(guī)律都有是都有是相同相同的；的； 愛因斯坦廣義相對論原理（愛因斯坦廣義相對論原理（1916年）年） 在在任何參考系中任何參考系中(包括非慣系）所有的物理規(guī)律包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是都是相相同同的，稱為廣義相對性原理。的，稱為廣義相對性原理。邏輯形式逐漸簡約邏輯形式逐漸簡約2 2、等效原理：、等效原理： 一個一個均勻均勻的引力場與一個做的引力場與一個做勻加速勻加速運動運動的參考系等價。的參考系等價。 如果

5、飛船做勻加速運動，在光如果飛船做勻加速運動，在光向右傳播的同時，飛的速度也在不向右傳播的同時，飛的速度也在不斷增大，因此船上觀察者記錄下的斷增大，因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。光的徑跡是一條拋物線。三、廣義相對論的幾個結論三、廣義相對論的幾個結論1 1、物質的引力使光線發(fā)生彎曲、物質的引力使光線發(fā)生彎曲 如果飛船做勻速直線運動，船如果飛船做勻速直線運動，船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條上觀察者記錄下的光的徑跡是一條直線（虛線）直線（虛線） 飛船外觀察者看到這束光是飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的（水平向右）直線傳播的（水平向右）黑洞.asf各各類類星星體體對對比比宇宙中有一類恒

6、星，體積很小，質量卻很大，叫宇宙中有一類恒星，體積很小，質量卻很大，叫做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時間進程做矮星，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(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移3 3、引力紅移、引力紅移 由于物質的存在，實際空間并不是均勻由于物質的存在，實際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了的，空間發(fā)生了“彎曲彎曲”：狹義、廣義相對論比較狹義、廣義相對論比較狹義相對論狹義相對論廣義相對論廣義相對論不同的不同的慣性慣性參考系中一參考系中一切物

7、理規(guī)律切物理規(guī)律都是相同的都是相同的 任何參考系任何參考系（包括非慣性（包括非慣性系）中物理規(guī)系）中物理規(guī)律都是相同的律都是相同的真空中的光真空中的光速在不同慣速在不同慣性參考系中性參考系中都是相等的都是相等的 一個均勻的一個均勻的引力場與一個引力場與一個做勻加速運動做勻加速運動的參考系等價的參考系等價更進一步更進一步等等效效原原理理光光速速恒恒定定愛因愛因斯坦斯坦相對相對性原性原理理廣廣義義相相對對性性原原理理對于時空觀的認識對于時空觀的認識物質本身的存在決物質本身的存在決定時空的性質定時空的性質時空性質和物時空性質和物質的運動有關質的運動有關狹義相對論狹義相對論廣義相對論廣義相對論慣性系平權慣性系平權所有參考系平權所有參考系平權時時空空觀觀光速恒定光速恒定等效原理等效原理課題研究課題研究題目：題目： （一）愛因斯坦的貢獻（一）愛因斯坦的貢獻 （二）方興未艾的宇宙學（二）方興未艾的宇宙學 （三）有趣的相對論佯謬（三）有趣的相對論佯謬 （四）黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論（四）黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論的建立的建立. .組織：組織： 小組（小組（2-32-3