高二物理廣義相對論1課件

廣義相對論簡介

generaltheoryofrelativity

2021/4/91廣義相對論簡介2021/4/91廣義相對論簡介generaltheoryofrelativity

愛因斯坦的思考1、非慣性系與慣性系平權(quán)?2、時空與物質(zhì)有關(guān)?

突破(對慣性和引力的思考)在引力場中，一個自由降落的參考系中，人們無法感覺引力的存在！

g引力場中2021/4/92廣義相對論簡介愛因斯坦的思考在引力場中，一個自由降落的§1廣義相對論的基本原理一、等效原理

1、慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量實驗表明定義稱該場點的引力強度引力場奇跡2021/4/93§1廣義相對論的基本原理實驗表明定義稱該場點的引力強度2、慣性力與引力

自由空間加速電梯引力場中靜止的電梯愛因斯坦假想實驗一比較考察相對觀察者靜止的物體的運動運動規(guī)律相同但各自分析的原因不同慣性力引力慣性力與引力的力學(xué)效應(yīng)相同2021/4/942、慣性力與引力自由空間加速電梯引力場中靜止的電梯愛

自由下降的參考系等效慣性系引力場中某一時空點自由下降電梯遠(yuǎn)離引力場的自由空間勻速運動的電梯慣性力可以“抵消”引力愛因斯坦假想實驗二結(jié)論：2021/4/95自由下降的參考系等效慣性系引力場中某一時空遠(yuǎn)離引力場的自由

在引力場中的某一時空點自由下落的參考系和慣性系等效在這樣兩個參考系中得到的力學(xué)規(guī)律相同遠(yuǎn)離引力場的自由空間以該點的引力強度自由降落局域等效等效并非等同結(jié)論討論2021/4/96在引力場中的某一時空點自由下落的參考系在這樣兩個參考系中3、廣義相對論的等效原理equivalenceprinciple

局域內(nèi)加速參考系與引力場的一切物理效應(yīng)等效或說：在任何引力場中任一時空點，人們總可以建立一個自由下落的局域參考系，在這一參考系中狹義相對論所確立的物理規(guī)律全部有效。4、廣義相對論的局域慣性系

狹義相對論成立的參考系或引力為0的參考系5、廣義相對論的慣性定律在局慣系內(nèi),物體不受力,則維持原狀態(tài)。2021/4/973、廣義相對論的等效原理equivalenceprin

牛力的慣性定律與廣義的慣性定律

表述相同但含義不同在引力場中每個時空點的鄰域可以建立若干個局慣系同一點各局慣系作勻速運動(相互間可用洛侖茲變換)

不同時空點的局慣系間有相對加速度牛力：慣性系是區(qū)域性的各慣性系間無相對加速度討論真實力還包括“慣性力”2021/4/98牛力的慣性定律與廣義的慣性定律在引力場中討論真無限遠(yuǎn)引力為0慣性系g(r)引力場源r以該點的引力場強自由降落可有多個相對勻速運動可用洛侖茲變換一系列的局慣系圖示局慣系2021/4/99無限遠(yuǎn)引力為0慣性系g(r)引力場源r以該點的引力二、廣義相對性原理principleofgeneralcovariance(廣義協(xié)變性原理)

物理規(guī)律在一切參考系中形式相同小結(jié)

廣義相對論基本原理

1)等效原理

2)相對性原理

3)馬赫原理Machprinciple

時空性質(zhì)由物質(zhì)及其運動所決定2021/4/910二、廣義相對性原理principleofgeneral2)引力作用幾何化時空的幾何結(jié)構(gòu)的啟示本課介紹：引力場時空的基本概念廣義相對論的理論框架

1)物理規(guī)律中引入引力作用

等效原理加速度引力廣義相對論是關(guān)于引力的理論弱引力場狹義低速牛頓2021/4/9112)引力作用幾何化時空的幾何結(jié)構(gòu)的啟示本課介紹：引力場時空§2引力場的時空彎曲一、彎曲空間的概念

平面是二維平直空間測地線是弧線由測量判定空間測地線是直線球面是二維彎曲空間測地線兩點間的極值線2021/4/912§2引力場的時空彎曲一、彎曲空間的概念平面測地測地線測量結(jié)果內(nèi)角和圓周長><圓周率=圓周率2021/4/913測地線測量結(jié)果內(nèi)角和圓周長><圓周率=圓周率20二、引力場的空間彎曲以愛因斯坦轉(zhuǎn)盤為例說明在此，我們涉及兩個慣性系：系：即實驗室系系：與盤邊緣點相連的局慣系研究的問題：測量一段弧的長度及圓周長2021/4/914二、引力場的空間彎曲在此，我們涉及兩個慣性系：系：即實驗室系根據(jù)等效原理轉(zhuǎn)動參考系等效為引力場引力場強是注意到由洛侖茲變換可得結(jié)論引力場中空間彎曲愈強彎曲愈烈2021/4/915根據(jù)等效原理轉(zhuǎn)動參考系等效為引力場引力場強是注意到由三、史瓦西場中固有時與真實距離Schwarcchildfield1、場的特征相對靜止的球?qū)ΨQ分布的物質(zhì)球外部的場2、某處的固有時

由靜止在該處的標(biāo)準(zhǔn)鐘測得的時間間隔某處真實距離由靜止在該處的標(biāo)準(zhǔn)尺測得的空間間隔剛性微分尺2021/4/916三、史瓦西場中固有時與真實距離1、場的特征相對靜止的球?qū)ΨQ分

在無引力的地方有一系列的走時完全一樣的鐘然后把它們分別放到引力場中的各個時空點稱各地的標(biāo)準(zhǔn)鐘3、標(biāo)準(zhǔn)時間標(biāo)準(zhǔn)長度

無引力影響的時間和長度標(biāo)準(zhǔn)鐘標(biāo)準(zhǔn)尺

在無引力的地方有一系列的完全一樣的剛性微分尺然后把它們分別放到引力場中的各個時空點稱各地的標(biāo)準(zhǔn)尺2021/4/917在無引力的地方有一系列的走3、標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)離引力場處無限遠(yuǎn)處引力為0平直空間場各處引力不同空間時間各處不同2021/4/918遠(yuǎn)離引力場處無限遠(yuǎn)處引力為0場各處引力不同2021/4/914、引力場中的固有時與真實距離S系--史瓦西場S系--瞬時靜止在S系中確定時空點的局慣系S0系--飛來局慣系由無限遠(yuǎn)處沿徑向自由飛到史瓦西場確定的時空點SS0Sr無限遠(yuǎn)2021/4/9194、引力場中的固有時與真實距離S系--史瓦西場SS0原時原長S′S系中的一只標(biāo)準(zhǔn)鐘S0系中先后與C相遇的兩只鐘

系的確定時空點處的標(biāo)準(zhǔn)鐘C測得的是原時設(shè)S0同樣在確定的時空點的標(biāo)準(zhǔn)尺測的是原長2021/4/920原時原長S′S系中的一只標(biāo)準(zhǔn)鐘S0系中先后與C相遇弱引力場牛頓近似飛來慣性系S0到達(dá)r處的速度由下式定出S′vS02021/4/921弱引力場牛頓近似飛來慣性系S0到達(dá)r處的速度由下式定出1)愛因斯坦假設(shè)--鐘和尺的性形只與速度有關(guān)與加速度無關(guān)4)時空與物質(zhì)分布有關(guān)r處引力勢r處的固有時r鄰域的真實距離2)雙生子中誰年輕？引力場愈強鐘愈慢3)空間彎曲引力場愈強尺縮愈烈討論2021/4/9221)愛因斯坦假設(shè)--鐘和尺的性形只與速4)時空與物質(zhì)分四、史瓦西場和黑洞如果引力源質(zhì)量M很大對應(yīng)有關(guān)值例黑洞視界半徑Blackhole無限緩慢2021/4/923四、史瓦西場和黑洞例黑洞視界半徑Blackhole無限緩慢§3廣義相對論的可觀測效應(yīng)一、光的引力頻移處發(fā)光頻率為處接收到的頻率為頻移設(shè)2021/4/924§3廣義相對論的可觀測效應(yīng)處發(fā)光頻率為處接收到的頻率為頻若太陽發(fā)光引力紅移gravitationalredshift頻移2021/4/925若太陽發(fā)光引力紅移gravitationalredshi二、光線的引力偏折引力的作用

1)空間彎曲

2)光線偏離測地線1919年5月29日測三、行星(水星)近日點的旋進雷達(dá)回波延遲效應(yīng)恒星光線受太陽引力偏折理論：2021/4/926二、光線的引力偏折1919年5月29日測三、行星(水星)近謝謝作者：劉鳳英陳惟蓉制作：劉鳳英秦聯(lián)華清華大學(xué)出版社

98.112021/4/927謝謝作者：2021/4/927Gibco胎牛血清/xueqing/Gibco-xueqing.htmlGibco胎牛血清vzg91wcv已經(jīng)無法繼續(xù)開店，也沒有條件堅持等到十月以后了，只能現(xiàn)在就帶著三個孩子過江南去另謀生路。希望張老鄉(xiāng)攜家眷來到漢口鎮(zhèn)的時候，這里的情況已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)。倘若在這里無法立足，也下江南來吧。如果蒼天有眼，希望大家還能在江南再次相遇，共敘友情，云云。耿英把剩余的白面全部打成大餅，用包裹包好了放到籮筐內(nèi)，作為父子四人路上吃的干糧。次日清晨，天氣完全放晴了，但街道上大量尚未清理掉的厚淤泥踩上去仍然還有點兒陷腳。耿家父子四人飽餐一頓之后，先將剩余的糧油米面和鍋碗瓢盆等規(guī)整好了放在籮筐內(nèi)，再把所有的衣物被褥等打了大小三包，耿正將開店以來一直沒有再拉的二胡用一塊兒厚厚的布包好了別在最大的行李卷上。至于木床、桌子、水缸、鐵爐子和櫥柜什么的大家什兒是沒有辦法帶的，只能是丟棄了。然后，父子四人把所有能夠帶著走的東西全部搬到樓外。耿老爹和耿英戀戀不舍地又返回店鋪內(nèi)轉(zhuǎn)了一圈。耿老爹把稱米面用的盤秤和秤砣拿起來看看，說：“這個以后也許還用得著呢，帶上吧！”說罷，用掃把清理了一番，拿出來放到籮筐里。耿英拿下掛在抽屜拉環(huán)上的小鐵鎖，又用力拉開抽屜欲拿起銷售賬本再看看，但那個字跡早已模糊不清的賬本，稍微一翻動就立刻變作支離破碎的紙片了。耿英輕輕嘆一口氣走出來拉上店門。鎖店門的大鐵鎖也是耿老爹租賃下這座小二樓以后自己買的，于是，耿英也把這把大鐵鎖從門環(huán)上取下來拿在手里。然后，再細(xì)細(xì)看一遍爹爹貼的留言。耿直抬起頭來問爹爹：“張伯伯能看到你寫的留言嗎？”耿老爹沒有說話。耿正拍拍弟弟的肩膀說：“但愿張伯伯能夠早點兒聽到這兒遭水災(zāi)的消息，先不要來了。即使是兩、三個月之后，這里的條件也好不到那里去。萬一他們真的來了，全家人舉目無親的，可如何安身立命?。　惫⒂⒖粗粼诘觊T上的一紙情真意切的留言，滿懷深情地說：“真想再見到張伯伯??！”想一想，耿英又推開店門走進店內(nèi)，確認(rèn)后門已經(jīng)關(guān)上了，這才又走出店門。由于房東原來用的那兩把舊鐵鎖一直擱在店鋪里邊的窗臺上，父子們前兩日在清理窗臺上的淤泥時已經(jīng)都給扔掉了，耿英就用手里的這把大鐵鎖鎖上了店門。耿直不解，嘟噥了一句：“姐姐還鎖門干啥呢？以后沒有人住了?！惫⒄f：“還是鎖上的好，免得這無主的房子過早地荒廢了。那樣，即使兩、三個月以后張伯伯真得來了，也不太可能看到咱爹寫的留言了?！惫⒗系澰S地點點頭沒有說話。然后，父子們仰頭望望二樓上緊閉著的窗戶，看一眼已經(jīng)沒有了院墻和院門的小后院兒，痛心地想一想為父子們南下立足而立下了汗馬功勞的老朋友——那只高大的黑灰色毛驢和它拉的那掛再熟悉不過的平板車，一陣說不上來的悲切感一2021/4/928Gibco胎牛血清http://www.biofeng.c感謝您的閱讀收藏，謝謝！

2021/4/929感謝您的閱讀收藏，謝謝！

2021/4/929廣義相對論簡介

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2021/4/930廣義相對論簡介2021/4/91廣義相對論簡介generaltheoryofrelativity

愛因斯坦的思考1、非慣性系與慣性系平權(quán)?2、時空與物質(zhì)有關(guān)?

突破(對慣性和引力的思考)在引力場中，一個自由降落的參考系中，人們無法感覺引力的存在！

g引力場中2021/4/931廣義相對論簡介愛因斯坦的思考在引力場中，一個自由降落的§1廣義相對論的基本原理一、等效原理

1、慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量實驗表明定義稱該場點的引力強度引力場奇跡2021/4/932§1廣義相對論的基本原理實驗表明定義稱該場點的引力強度2、慣性力與引力

自由空間加速電梯引力場中靜止的電梯愛因斯坦假想實驗一比較考察相對觀察者靜止的物體的運動運動規(guī)律相同但各自分析的原因不同慣性力引力慣性力與引力的力學(xué)效應(yīng)相同2021/4/9332、慣性力與引力自由空間加速電梯引力場中靜止的電梯愛

自由下降的參考系等效慣性系引力場中某一時空點自由下降電梯遠(yuǎn)離引力場的自由空間勻速運動的電梯慣性力可以“抵消”引力愛因斯坦假想實驗二結(jié)論：2021/4/934自由下降的參考系等效慣性系引力場中某一時空遠(yuǎn)離引力場的自由

在引力場中的某一時空點自由下落的參考系和慣性系等效在這樣兩個參考系中得到的力學(xué)規(guī)律相同遠(yuǎn)離引力場的自由空間以該點的引力強度自由降落局域等效等效并非等同結(jié)論討論2021/4/935在引力場中的某一時空點自由下落的參考系在這樣兩個參考系中3、廣義相對論的等效原理equivalenceprinciple

局域內(nèi)加速參考系與引力場的一切物理效應(yīng)等效或說：在任何引力場中任一時空點，人們總可以建立一個自由下落的局域參考系，在這一參考系中狹義相對論所確立的物理規(guī)律全部有效。4、廣義相對論的局域慣性系

狹義相對論成立的參考系或引力為0的參考系5、廣義相對論的慣性定律在局慣系內(nèi),物體不受力,則維持原狀態(tài)。2021/4/9363、廣義相對論的等效原理equivalenceprin

牛力的慣性定律與廣義的慣性定律

表述相同但含義不同在引力場中每個時空點的鄰域可以建立若干個局慣系同一點各局慣系作勻速運動(相互間可用洛侖茲變換)

不同時空點的局慣系間有相對加速度牛力：慣性系是區(qū)域性的各慣性系間無相對加速度討論真實力還包括“慣性力”2021/4/937牛力的慣性定律與廣義的慣性定律在引力場中討論真無限遠(yuǎn)引力為0慣性系g(r)引力場源r以該點的引力場強自由降落可有多個相對勻速運動可用洛侖茲變換一系列的局慣系圖示局慣系2021/4/938無限遠(yuǎn)引力為0慣性系g(r)引力場源r以該點的引力二、廣義相對性原理principleofgeneralcovariance(廣義協(xié)變性原理)

物理規(guī)律在一切參考系中形式相同小結(jié)

廣義相對論基本原理

1)等效原理

2)相對性原理

3)馬赫原理Machprinciple

時空性質(zhì)由物質(zhì)及其運動所決定2021/4/939二、廣義相對性原理principleofgeneral2)引力作用幾何化時空的幾何結(jié)構(gòu)的啟示本課介紹：引力場時空的基本概念廣義相對論的理論框架

1)物理規(guī)律中引入引力作用

等效原理加速度引力廣義相對論是關(guān)于引力的理論弱引力場狹義低速牛頓2021/4/9402)引力作用幾何化時空的幾何結(jié)構(gòu)的啟示本課介紹：引力場時空§2引力場的時空彎曲一、彎曲空間的概念

平面是二維平直空間測地線是弧線由測量判定空間測地線是直線球面是二維彎曲空間測地線兩點間的極值線2021/4/941§2引力場的時空彎曲一、彎曲空間的概念平面測地測地線測量結(jié)果內(nèi)角和圓周長><圓周率=圓周率2021/4/942測地線測量結(jié)果內(nèi)角和圓周長><圓周率=圓周率20二、引力場的空間彎曲以愛因斯坦轉(zhuǎn)盤為例說明在此，我們涉及兩個慣性系：系：即實驗室系系：與盤邊緣點相連的局慣系研究的問題：測量一段弧的長度及圓周長2021/4/943二、引力場的空間彎曲在此，我們涉及兩個慣性系：系：即實驗室系根據(jù)等效原理轉(zhuǎn)動參考系等效為引力場引力場強是注意到由洛侖茲變換可得結(jié)論引力場中空間彎曲愈強彎曲愈烈2021/4/944根據(jù)等效原理轉(zhuǎn)動參考系等效為引力場引力場強是注意到由三、史瓦西場中固有時與真實距離Schwarcchildfield1、場的特征相對靜止的球?qū)ΨQ分布的物質(zhì)球外部的場2、某處的固有時

由靜止在該處的標(biāo)準(zhǔn)鐘測得的時間間隔某處真實距離由靜止在該處的標(biāo)準(zhǔn)尺測得的空間間隔剛性微分尺2021/4/945三、史瓦西場中固有時與真實距離1、場的特征相對靜止的球?qū)ΨQ分

在無引力的地方有一系列的走時完全一樣的鐘然后把它們分別放到引力場中的各個時空點稱各地的標(biāo)準(zhǔn)鐘3、標(biāo)準(zhǔn)時間標(biāo)準(zhǔn)長度

無引力影響的時間和長度標(biāo)準(zhǔn)鐘標(biāo)準(zhǔn)尺

在無引力的地方有一系列的完全一樣的剛性微分尺然后把它們分別放到引力場中的各個時空點稱各地的標(biāo)準(zhǔn)尺2021/4/946在無引力的地方有一系列的走3、標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)離引力場處無限遠(yuǎn)處引力為0平直空間場各處引力不同空間時間各處不同2021/4/947遠(yuǎn)離引力場處無限遠(yuǎn)處引力為0場各處引力不同2021/4/914、引力場中的固有時與真實距離S系--史瓦西場S系--瞬時靜止在S系中確定時空點的局慣系S0系--飛來局慣系由無限遠(yuǎn)處沿徑向自由飛到史瓦西場確定的時空點SS0Sr無限遠(yuǎn)2021/4/9484、引力場中的固有時與真實距離S系--史瓦西場SS0原時原長S′S系中的一只標(biāo)準(zhǔn)鐘S0系中先后與C相遇的兩只鐘

系的確定時空點處的標(biāo)準(zhǔn)鐘C測得的是原時設(shè)S0同樣在確定的時空點的標(biāo)準(zhǔn)尺測的是原長2021/4/949原時原長S′S系中的一只標(biāo)準(zhǔn)鐘S0系中先后與C相遇弱引力場牛頓近似飛來慣性系S0到達(dá)r處的速度由下式定出S′vS02021/4/950弱引力場牛頓近似飛來慣性系S0到達(dá)r處的速度由下式定出1)愛因斯坦假設(shè)--鐘和尺的性形只與速度有關(guān)與加速度無關(guān)4)時空與物質(zhì)分布有關(guān)r處引力勢r處的固有時r鄰域的真實距離2)雙生子中誰年輕？引力場愈強鐘愈慢3)空間彎曲引力場愈強尺縮愈烈討論2021/4/9511)愛因斯坦假設(shè)--鐘和尺的性形只與速4)時空與物質(zhì)分四、史瓦西場和黑洞如果引力源質(zhì)量M很大對應(yīng)有關(guān)值例黑洞視界半徑Blackhole無限緩慢2021/4/952四、史瓦西場和黑洞例黑洞視界半徑Blackhole無限緩慢§3廣義相對論的可觀測效應(yīng)一、光的引力頻移處發(fā)光頻率為處接收到的頻率為頻移設(shè)2021/4/953§3廣義相對論的可觀測效應(yīng)處發(fā)光頻率為處接收到的頻率為頻若太陽發(fā)光引力紅移gravitationalredshift頻移2021/4/954若太陽發(fā)光引力紅移gravitationalredshi二、光線的引力偏折引力的作用

1)空間彎曲

2)光線偏離測地線1919年5月29日測三、行星(水星)近日點的旋進雷達(dá)回波延遲效應(yīng)恒星光線受太陽引力偏折理論：2021/4/955二、光線的引力偏折1919年5月29日測三、行星(水星)近謝謝作者：劉鳳英陳惟蓉制作：劉鳳英秦聯(lián)華清華大學(xué)出版社

98.112021/4/956謝謝作者：2021/4/927Gibco胎牛血清/xueqing/Gibco-xueqing.htmlGibco胎牛血清vzg91wcv已經(jīng)無法繼續(xù)開店，也沒有條件堅持等到十月以后了，只能現(xiàn)在就帶著三個孩子過江南去另謀生路。希望張老鄉(xiāng)攜家眷來到漢口鎮(zhèn)的時候，這里的情況已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)。倘若在這里無法立足，也下江南來吧。如果蒼天有眼，希望大家還能在江南再次相遇，共敘友情，云云。耿英把剩余的白面全部打成大餅，用包裹包