人教版高中物理课件第十五章 相对论简介154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。
高中物理第十五章相对论简介34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-
解析：电子运动时的质量是静止质量的 2 倍，运用相对论质
量公式可解．m＝2m0，代入相对论质量公式 m＝
m0 ，可 1－vc2
得 2m0＝
1m－0 vc2，v＝ 23c≈0.866c.
4．设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的 k 倍．则粒子运 动时的质量等于其静止质量的 k 倍，粒子运动速度是光速
k2－1
的 k 倍．
解析：由
E＝mc2
知 E ＝ m ，根据 E0 m0
E＝kE0
可得
m＝km0；由
m＝
m0 得， m ＝
1－vc2
m0
11－vc2＝k，
得 v＝
k2－1 k c.
5．在外层空间的宇宙飞船上，你正在一个以加速度 g＝9.8 m/s2 向头顶方向运动的电梯中，这时，你举起一个小球自由地 丢下，请说明小球的运动情况．
在一切过程中，质量和能量是分别守恒的，只有在微观粒 子的裂变和聚变过程中，有质量亏损的情况下，才会有质能方 程的应用，即 ΔE＝Δmc2.
【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，问在地上的观察者看来，光速应为 v ＋c 吗？
【导思】 根据相对论速度公式推导．
提示：如果物体的速度远小于真空中的光速，可以直接用 u ＝u′＋v，求对地速度 u.其中 v 为参考系相对于地的速度，u′ 为物体相对参考系的速度，u 为物体对地速度．但当速度接近真 空中的光速时就要考虑相对论速度变换公式．
二、广义相对论简介 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． 2．广义相对论的几个结论 (1)物质的引力使光线 弯曲． (2)引力红移：引力场的存在使空间不同位置的 时间进程 出现差别，而使矮星表面原子发光频率 偏低．
2018_2019高中物理第十五章相对论简介第3_4节狭义相对论的其他结论广义相对论简介课件(人教版)选修3_4
1.相对论速度变换公式是什么?
答案：设高速火车的速度为v,车上的人以速度u'沿着火车前进
的方向相对火车运动,光在真空中的速度为c,则此人相对地面的速
度
������' + ������
1
+
������'������ ������2
为u=
。
2.什么是相对论的质量? 间答案：物体以1���-速���0������������度2 v运动时的质量为m,和它静止时的质量m0之
(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。 对于微观、高速运动的物体,其速度的叠加不再按照宏
观运动规律,而是遵守相对论速度变换公式。
探究一
探究二
问题导引 名师精讲 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
子的质量是静止时的几倍?
当回旋加速器把粒子加速到一定速度时,粒子在回旋加速器中就
不能再加速了(即使回旋加速器足够大),试解释其原因。 ������0
答案：(1)根据物体运动质量和静止质量之间的关系m= 代入数据可得此时电子的质量是静止时的5倍。
1-
������ ������
2
,
(2)回旋加速器的工作原理是利用电子在磁场中运动一个周期的
读一读
辨一辨
1.思考辨析。 (1)爱因斯坦质能方程违反了质量守恒定律。 ( ) 解析：不违反,它们是针对不同对象的两条规律。 答案：× (2)爱因斯坦在狭义相对论中就解决了非惯性系的问题和引力的 问题。 ( ) 解析：狭义相对论没有解决这两个问题。为了解决这两个问题, 爱因斯坦提出两个原理:广义相对性原理和等效原理,广义相对性 原理解决了狭义相对论中惯性参考系的问题,等效原理解决了万有 引力的问题。 答案：×
人教版高中物理课件-广义相对论简介
廣義相對論所作出的以上預言全部被實驗觀測所 證實.還有其他一些事實也支持廣義相對論.目前,
廣義相對論已經在宇宙結構、宇宙演化等方面發 揮主要作用.
課堂互動講練
質速關係的應用
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 )
物體以速度v運動時的品質m與
m0
靜止時的品質m0之間的關係是:m＝____1_－__vc__2 _,
因為總有v<c.可知運動物體的品質m總__大__於__它靜 止時的品質m0. 3．質能方程 物體品質m與其蘊含的能量E之間的關係是: __E_＝__m__c_2__.
二、廣義相對論簡介
1．廣義相對性原理 在任何參考系中,物理規律都是__相__同___的． 2．等效原理 一個__均__勻__的引力場與一個_做__勻__加__速__運__動___的參考 系等價．
課前自主學案
一、狹義相對論的其他結論 1.相對論速度變換公式 (1)速度變換公式:設在高速的火車上,火車對地面的 速度為v,車上的人以速度u′沿火車前進的方向相 對那火麼車他運 相動 對,地面的速度u＝___1u_＋′_u_＋′_c2_vv____,
如果車上人的運動與火車的運動方
向相反，則他相對於地面的速度u＝___________.
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.
例如:迴旋加速器中被加速的粒子的品質會隨粒子 的加速明顯增加.導致粒子圓周運動的週期變大. 它的運動與加在D形盒上的交變電壓不再同步.迴 旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制.
廣義相對論已經在宇宙結構、宇宙演化等方面發 揮主要作用.
課堂互動講練
質速關係的應用
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 )
物體以速度v運動時的品質m與
m0
靜止時的品質m0之間的關係是:m＝____1_－__vc__2 _,
因為總有v<c.可知運動物體的品質m總__大__於__它靜 止時的品質m0. 3．質能方程 物體品質m與其蘊含的能量E之間的關係是: __E_＝__m__c_2__.
二、廣義相對論簡介
1．廣義相對性原理 在任何參考系中,物理規律都是__相__同___的． 2．等效原理 一個__均__勻__的引力場與一個_做__勻__加__速__運__動___的參考 系等價．
課前自主學案
一、狹義相對論的其他結論 1.相對論速度變換公式 (1)速度變換公式:設在高速的火車上,火車對地面的 速度為v,車上的人以速度u′沿火車前進的方向相 對那火麼車他運 相動 對,地面的速度u＝___1u_＋′_u_＋′_c2_vv____,
如果車上人的運動與火車的運動方
向相反，則他相對於地面的速度u＝___________.
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.
例如:迴旋加速器中被加速的粒子的品質會隨粒子 的加速明顯增加.導致粒子圓周運動的週期變大. 它的運動與加在D形盒上的交變電壓不再同步.迴 旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制.
人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介基础知识梳理
第十五章相对论简介15. 1 相对论的诞生一、经典的相对性原理1.惯性系与非惯性系(1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系就叫惯性系。
地面参考系是惯性系,相对于它做匀速运动的汽车、轮船作为参考系也是惯性系。
(2)非惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中不成立,这个参考系就叫非惯性系。
我们坐在加速的车厢里,以车厢为参考系观察到路边的树木、房屋向后方加速运动,根据牛顿运动定律,房屋、树木应该受到不为零的合力作用,但事实上房屋、树木所受的合力为零,也就是牛顿运动定律不成立。
这里加速的车厢就是非惯性系,也就是说在非惯性系中力学规律不相同。
2.伽利略相对性原理表述1:力学规律在任何惯性系中都是相同的。
表述2:在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。
表述3:任何惯性参考系都是平权的。
二、相对性原理与电磁规律1.相对性原理与电磁规律之间的矛盾(1)麦克斯韦的电磁理论得出的电磁波的速度不涉及参考系,也就是说在不同的参考系中光速不变。
(2)根据相对性原理,在不同的参考系中观测到的光速应与参考系有关。
在经典力学中如果某一惯性系相对另一个惯性系的速度为v,在此惯性系中有一物体速度为c，那么,此物体相对于另一惯性系的速度是 c+ v吗?根据伽利略相对性原理,答案是肯定的。
实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．2.迈克耳孙一莫雷实验(1)实验装置如图所示(2)实验内容:转动干涉仪,在水平面内不同方向进行光的干涉实验,干涉条纹并没有预期移动。
(3)实验结论:光沿任何方向传播时,相对于地球的速度相同。
可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对原理.任何参照系中测得的光在真空的速率都应该是3×108m/s。
3.伽利略相对性原理和爱因斯坦相对性原理的区别：(1)伽利略相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说,都遵循同样的规律;或者说,在研究力学规律时,一切惯性参考系都是等价、平权的,所以无法借助力学的手段确定惯性系自身的运动状态。
新课标物理选修第十五章相对论简介全章PPT课件 人教课标版3
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 狭义相对论只适用于惯性系，为 什么惯性系具有这样的地位？狭义 相对论无法解释
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。 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(1905年) 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都有 是相同的；
第十五章
相对论简介
第四节 广义相对论简介 （第1课时）
复 习
一、狭义相对论的两点假设： 1、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理 规律都是相同的 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考 系中是相同的，光速与光源、观察者 间的相对运动没有关系。
二、由狭义相对论推出的几个结论 1、“同时”的相对性
2、动尺变短
l l0
t
v 1 c
t0
2
3、动钟变慢
v 1 c
2
4、速度变换公式
u v u u v 1 2 c
5、相对论质量 m
m0 v 1 c
2
6、质能方程
Emc
2
阅读思考题
Hale Waihona Puke 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？
1、聪明的人有长的耳朵和短的舌头。 ——弗莱格 2、重复是学习之母。 ——狄慈根 3、当你还不能对自己说今天学到了什么东西时，你就不要去睡觉。 ——利希顿堡 4、人天天都学到一点东西，而往往所学到的是发现昨日学到的是错的。 ——B.V 5、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。 ——洛 克 6、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。 ——阿卜· 日· 法拉兹 7、学习是劳动，是充满思想的劳动。 ——乌申斯基 8、聪明出于勤奋，天才在于积累 －－华罗庚 9、好学而不勤问非真好学者。 10、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。 11、人的大脑和肢体一样，多用则灵，不用则废 －茅以升 12、你想成为幸福的人吗？但愿你首先学会吃得起苦 －－屠格涅夫 13、成功＝艰苦劳动＋正确方法＋少说空话 －－爱因斯坦 14、不经历风雨，怎能见彩虹 －《真心英雄》 15、只有登上山顶，才能看到那边的风光。 16只会幻想而不行动的人，永远也体会不到收获果实时的喜悦。 17、勤奋是你生命的密码，能译出你一部壮丽的史诗。 1 8．成功，往往住在失败的隔壁！ 1 9 生命不是要超越别人，而是要超越自己． 2 0．命运是那些懦弱和认命的人发明的！ ２1．人生最大的喜悦是每个人都说你做不到，你却完成它了！ ２2．世界上大部分的事情，都是觉得不太舒服的人做出来的． ２3．昨天是失效的支票，明天是未兑现的支票，今天才是现金． ２4．一直割舍不下一件事，永远成不了! ２5．扫地，要连心地一起扫！ ２6．不为模糊不清的未来担忧，只为清清楚楚的现在努力． ２7．当你停止尝试时，就是失败的时候． ２8．心灵激情不在，就可能被打败． ２9．凡事不要说＂我不会＂或＂不可能＂，因为你根本还没有去做！ ３0．成功不是靠梦想和希望，而是靠努力和实践． ３1．只有在天空最暗的时候，才可以看到天上的星星． ３2．上帝说：你要什么便取什么，但是要付出相当的代价． ３3．现在站在什么地方不重要，重要的是你往什么方向移动。 ３4．宁可辛苦一阵子，不要苦一辈子． ３5．为成功找方法，不为失败找借口． ３6．不断反思自己的弱点，是让自己获得更好成功的优良习惯。 ３7．垃圾桶哲学：别人不要做的事，我拣来做！ ３8．不一定要做最大的，但要做最好的． ３9．死的方式由上帝决定，活的方式由自己决定！ ４0．成功是动词，不是名词！ 20、不要只会吃奶，要学会吃干粮，尤其是粗茶淡饭。
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:
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.
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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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相对论简介
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． 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循 的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识， 它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座 重要的里程碑．
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杆的长度与引力场有关
引力场的存在使得空间不同位置的杆的长度 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：引力势较低的位置，杆的长度越短．
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高中物理新人教版 选修３- 4系列课件
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15.4《广义相对论简介
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教学目标
• 知识与技能： • （1）了解广义相对论基本原理 广义相对性原理和等效 原理 • （2）广义相对论主要结论 物质的引力使光线弯曲和强 引力场附近的时间进程会变慢 • （3）介绍广义相对论的实验验证 • 过程与方法： • （1）了解爱因斯坦思考和推演广义相对论思维过程 • 情感态度和价值观： • （1）体会在宇宙中人类的渺小和科学的巨大力量 • 教学重点、难点 ： • 1、广义相对性原理和等效原理2、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
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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时间间隔与引力场有关
各 类 星 体 对 比
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，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．
a Fi ma
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
F ma
注意不 要混淆
Fi ma
“－”号表示惯性力的方向与非惯 性系的加速度方向相反．
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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．
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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．
在不同参 考系中观 察物体的 运动情况
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非惯性系和惯性系
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”：
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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
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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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．
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 观 测
“－”号表示惯性力的方向与非惯 性系的加速度方向相反．
“m”应该叫做惯性质量．
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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．
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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
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地面静止
引力质量
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惯性质量
加速飞行
广义相对论简介
牛顿第二定律的表达式 惯性力的定义式
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注意不 要混淆
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广义相对论与几何学
几何学反应的是人对空间关系的认识．有史以 来人们只在比较小的空间尺度中接触比较弱的引力 场．这种情况下空间的弯曲可以忽略，在此基础上 人类发展了欧几里得几何学，它反映了平直空间的 实际．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．
星体
星体
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黑 洞
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．
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．
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
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物体的引力能使光线弯曲
广义相对论简介
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．
太阳
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．
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广义相对论简介
狭义相对论
爱因 斯坦 相对 性原 理
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
广义 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 真空中的光 速在不同惯 性参考系中 都是相等的
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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．
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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
为了让牛顿定律在 非惯性系中能够成 立，引入惯性力．
光滑表面
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更进一步
光 速 恒 定
等 效 原 理
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广义相对论简介
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．
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广义相对论简介
光 源 半 透 明 屏
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在一个引力可以忽 略的宇宙空间有一艘宇 宙飞船在做匀加速直线 运动，船上的观察者记 录光的径迹是一条抛物 线．