人教版高中物理选修3-4 1广义相对论简介

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物理人教版高二选修3-4教材梳理_第十五章_3.狭义相对论的其他结论4.广义相对论简介_word版含解析

疱丁巧解牛知识·巧学一、狭义相对论的其他结论 1.相对论速度变换公式以高速火车为例，车对地的速度为v ，车上的人以u′的速度沿火车前进的方向相对火车运动，则人对地的速度u=2'1'cv u vu ++，若人相对火车反方向运动，u′取负值. 根据此式若u′=c ，则u=c ，那么c 在任何惯性系中都是相同的.深化升华（1）当u′=c 时，不论v 有多大，总有u=c ，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的，这与相对论的第二个假设光速不变原理相一致.（2）对于速度远小于光速的情形，v<<c ，u′<<c ，这时2'cvu 可以忽略不计，相对论的速度合成公式可以近似变为u=u′+v.联想发散相对论并没有推翻牛顿力学，也不能说牛顿力学已经过时了，相对论是使牛顿力学的使用范围变得清楚了. 2.相对论质量以速度v 高速运动的物体的质量m 和静止时的质量m 0.有如下关系：m=20)(1cv m -.质量公式实际上是质量和速度的关系，在关系m=20)(1cv m -中，若v=c ，则m 可能是无限大，这是不可能的，尤其是宏观物体，设想物体由v=0逐渐向c 靠拢，m 要逐渐变大，产生加速度的力则要很大，所以能量也要很大.因此，宏观物体的速度是不可能（在目前）增大到与光速相比.但是对于一些没有静止质量的粒子（如光子），它却可以有动质量m.深化升华（1）物体的质量随速度的增大而增大；（2）物体运动的质量总要大于静止质量. 误区警示不要盲目从公式中得出，v=c 时，质量是无穷大的错误结论. 3.质能方程(1)爱因斯坦方程：E=mc 2.(2)质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应. (3)对一个以速率v 运动的物体，其总能量为动能与静质能之和：E=E k +E 0.那么物体运动时的能量E 和静止时能量E 0的差就是物体的动能，即E k =E-E 0. 代入质量关系：E k =E-E 0=220)(1cv c m --m 0c 2=21m 0v 2. 误区警示不能把质量和能量混为一谈，不能认为质量消灭了，只剩下能量在转化，更不能认为质量和能量可以相互转变，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. 二、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.深化升华一个物体受到使物体以某一加速度下落的力，如果不知道该力的来源，就没有办法判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力. 2.广义相对论的几个结论（1）光线弯曲：根据电磁理论和经典光学，在无障碍的情况下，光线是直线传播.但按照爱因斯坦的广义相对论，在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的.（2）引力红移：根据爱因斯坦的广义相对论，在强引力场中，时钟要走得慢些.因此，光在引力场中传播时，它的频率或波长会发生变化.理论计算表明，氢原子发射的光从太阳（引力强度大）传播到地球（引力强度小）时，它的频率比地球上氢原子发射的光的频率低，这就是引力红移效应.典题·热题知识点一相对论速度例1地球上一观察者，看见一飞船A 以速度2.5×108 m/s 从他身边飞过，另一飞船B 以速度2.0×108 m/s 跟随A 飞行.求：（1）A 上的乘客看到B 的相对速度；（2）B 上的乘客看到A 的相对速度. 解析：运用相对论速度公式u=2'1'cv u vu ++可解. 答案：（1）-1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s 知识点二相对论质量例2一个原来静止的电子，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？这时能不能使用公式E k =21m 0v 2? 解析：由动能定理可以计算出电子被加速后的动能，再根据E k =mc 2-m e c 2计算质量的变化. 答案：加速后的电子的动能是E k =qU=1.6×10-19×100 J=1.6×10-17 J. 因为E k =mc 2-m e c 2，所以m-m e =E k / c 2.把数据代入得e e m m m -=2831--17)10(3109.1101.6⨯⨯⨯⨯=2×10-4. 即质量改变了0.02％.这说明在100 V 电压加速后，电子的速度与光速相比仍然很小，因此可以使用E k =21mv 2这个公式.由E k =21mv 2可得电子的速度v=m E k 2=31--17109.1101.62⨯⨯⨯ m/s≈5.9×106 m/s. 知识点三质能方程例3一核弹含20 kg 的钚，爆炸后生成的静止质量比原来小1/10 000.求爆炸中释放的能量. 解析：由爱因斯坦质能方程可解释放出的能量. 答案：爆炸前后质量变化：Δm=100001×20 kg=0.02 kg释放的能量为ΔE=Δmc 2=0.002×(3×108)2 J=1.8×1014 J. 方法归纳一定的质量总是和一定的能量相对应.例4两个电子相向运动，每个电子相对于实验室的速度都是54c ，在实验室中观测，两个电子的总动能是多少？以一个电子为参考系，两个电子的总动能又是多少？解析：计算时由电子运动的能量减去静止时的能量就得到电子的动能.若以其中一个电子为参考系，另一个电子相对参考系的质量应当由质速方程求出，但相对速度应当为两个电子的相对速度.答案：设在实验室中观察，甲电子向右运动，乙电子向左运动.若以乙电子为“静止”参考系，即O 系，实验室（记为O′系）就以54c 的速度向右运动，即O′系相对于O 系的速度为v=54c.甲电子相对于O′系的速度为u′=54c.这样，甲电子相对于乙电子的速度就是在O 系中观测到的电子的速度ｕ，根据相对论的速度合成公式，这个速度是u=2'1'c v u v u ++=2545415454c cc cc ⨯++=4140 c. 在实验室中观测，每个电子的质量是m′=2)(1c v m e -=2)54(1cc m e -=35m e .在实验室中观测，两个电子的总动能为E k 1=2(m′c 2-m e c 2)=2×(35m e c 2-m e c 2)=34m e c 2. 相对于乙电子，甲电子的质量是m″=2)4140(1cc m e -=4.56m e因此，以乙为参考系，甲电子的动能为E k2=m″c 2-m e c 2=4.56m e c 2-m e c 2=3.56m e c 2 问题·探究思想方法探究问题被回旋加速器加速的粒子能量能无限大吗？探究过程：这种问题只能从相对论理论出发进行探究.由相对论质量公式 m=20)(1cv m -看出，当粒子的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量.当加速时粒子做圆周运动的周期必须和交变电压的周期相同，而当交变电压周期稳定时，粒子的速度越来越大，而速度大，半径也大，本不应影响其周期，但是速度大，其运动质量变大，周期也变大了，于是不再同步，所以其能量受到限制，不能被无限加速.探究结论:被回旋加速器加速的粒子能量不能无限大. 交流讨论探究问题假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？探究过程:郑小伟：宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行.两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力.宋涛：实际上，不仅是自由落体的实验，飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们，飞船到底是加速运动，还是停泊在一个行星的表面.张小红：这个事实告诉我们：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的.这就是爱因斯坦广义相对论的第二个基本结论，这就是著名的“等效原理”.探究结论:宇航员没有任何办法来判断，使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力.即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的. 交流讨论探究问题对相对论几个结论的理解. 探究过程:李兵：从运动学的角度进行理解，根据光速不变原理可知光速与任何速度的合成都是光速，速度合成法则不再适用，光速是极限速度.从动力学的角度进行理解，质量是物体惯性大小的量度.随着物体速度的增大，质量也增大，当物体的速度趋近于光速c 时，质量m 趋向无限大，惯性也就趋向无限大，要使速度再增加，就极为困难了.这时，一个有限的力不管作用多长时间，速度实际上是停止增加了.这与速度合成定理u=2'1'cv u vu ++是吻合的，当u′=c 时，不论v 有多大，总有u=c ，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的.刘晓伟：根据爱因斯坦质量和速度的关系：m=20)(1cv m -可知，物体的运动的极限速度是光速，当静止质量不为零时，物体的速度永远不会等于光速，更不会超过光速.对于速度达到光速的粒子（如光子），其静止质量一定为零.张兵：对于速度远小于光速的情形，v<<c ，u′<<c ，这时2'cvu 可以忽略不计，相对论的速度合成公式可以近似变为u=u′+v，相对论质量m=m0，不表现为尺缩效应和钟慢效应，所以牛顿力学是在低速情况下相对论的近似结论.探究结论:光速是运动物体的极限速度，对不同的参考系物体的质量是不同的，光子不会有静止质量.在低速情况下，牛顿力学是相对论结论的近似.。

15.4《广义相对论简介》PPT课件(新人教版-选修3-4)

15.4《广义相对论简介》
阅读思考题
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？
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
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．
星体
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
黑
星体
观
洞
测
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．
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．
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”：
对于时空观的认识
狭义相对论
广义相对论
时空性质和物质的运动有关
时空观
物质本身的存在决定时空的性质
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，，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．
时间间隔与引力场有关
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

人教版高中物理选修3-4课件 15 广义相对论简介课件5

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新课标 ·物理
选修3-4
教学教法分析教学方案设计课前自主导学
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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．
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广义相对论简介
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●课标要求 1.知道广义相对性原理和等效原理． 2.知道光线在引力场中的弯曲及其验证．
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●教学流程设计
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(3)广义相对论的几个结论 ①光线在引力场中偏转． ②引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现偏差(引力红移)．
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高中物理选修3-4优质课件：3 狭义相对论的其他结论 4 广义相对论简介

C.所有中子星都会发展为黑洞
√D.如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去
图1
解析少数中子星会发展成为黑洞.黑洞之所以黑是因为光不能从其中射出，而
不是内部没有光线.由于引力的作用，其光线弯曲程度很大，不能射出.当有一
个小的星体经过黑洞时，由于黑洞质量很大，对小星体有很强大的引力，会把
小星体吸引进去.
1234
2.(相对论速度变换公式)一高能加速器沿相反方向射出两个粒子，速度均为 0.6c，则它们的相对速度大小是多少？答案 0.88c
1234
3.(相对论质量)星际火箭以0.8c的速率飞行，其静止质量为运动质量的百分之几？
答案 60%
解析设星际火箭的静止质量为m0，运动质量为m，
则mm0＝
m0 m0
达标检测
1.(广义相对论)(多选)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
答案速度不可以超过光速因为回旋加速器的理论基础是粒子在磁场中做圆周运动的周期(T＝2qπBm )等于交变电场的周期；速度较小时粒子的质量m可以认为不变，周期T不变，电场变化与粒子圆周运动同步，但速度较大时，粒子质量增大明显，粒子做圆周运动的周期T变大，无法做到圆周运动的周期与交变电场的周期同步.
u′＋v u′＋vc2 0.8c＋0.05cc2 u＝1＋u′c2 v＝ c2＋u′v ＝c2＋0.8c×0.05c≈0.817c.

高中物理人教版选修3-4广义相对论简介

广义相对论简介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教学方法阅读、讲解、小结教学手段多媒体课件教学活动一、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，万有引力定律不满足洛伦兹变换，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。

它们是促成广义相对论的前提。

二、广义相对性原理和等效原理引导学生在前述背景介绍下，思考怎样来解决这两个问题。

爱因斯坦考虑要解决第二个问题，必须去掉惯性系在相对论理论中的特殊地位，把相对性原理从“任何惯性系平权〞推广到“包括非惯性系在内的任意参考系(即包括惯性系和非惯性系)平权〞。

三、广义相对论几个结论以及相关实验验证从广义相对论两个基本原理出发，爱因斯坦预见性地提出了验证这一理论的几个著名实验。

①光线经过强引力场中发生弯曲介绍物质的引力使时空弯曲，弯曲的时空又使光线弯曲的事实。

如1919年5月29日，发生日全食期间，科学家成功地观测到了太阳背后恒星发出的光线经过太阳附近发生弯曲的现象，并拍得了太阳背后恒星的照片。

从而确认广义相对论的结论是正确的。

这是广义相对论创立以来最早得到科学界认同的最重大的成果。

到目前为止科学家对400多颗恒星作了测量，射电天文学的发展使人类不用等日全食发生也能在地球上进行精度很高的观测，且与理论值符合。

②引力红移了解引力导致时空弯曲，按照相对性原理，空间效应与时间效应是互相影响的，在发生空间弯曲效应的同时，时间膨胀效应也发生了。

高中物理选修3-4导学案：15.4广义相对论简介2

选修3-4_15.4广义相对论简介狭义相对论狭义相对论是由爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱等人创立的，应用在惯性参考系下的时空理论，是对牛顿时空观的拓展和修正。

按照狭义相对论，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。

狭义相对论实验基础牛顿力学是狭义相对论(Special Relativity)在低速情况下的近似。

伽利略变换与电磁学理论的不自洽。

到19世纪末，以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性已被大量实验所证实，但麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性。

而经典力学中的相对性原理则要求一切物理规律在伽利略变换下都具有协变性。

在这样的背景下，才有了狭义相对论的产生。

狭义相对论诞生19世纪末期物理学家开尔文爵士在一次国际会议上讲到“物理学大厦已经建成，以后的工作仅仅是内部的装修和粉刷”。

但是，他话锋一转又说：“大厦上空还漂浮着两朵‘乌云’，迈克尔逊-莫雷实验结果和黑体辐射的紫外灾难。

”正是为了解决上述两问题，物理学发生了一场深刻的革命导致了相对论和量子力学的诞生。

早在电动力学麦克斯韦方程建立之日，人们就发现它没有涉及参照系问题。

人们利用经典力学的时空理论讨论电动力学方程，发现在伽利略变换下麦克斯韦方程及其导出的方程（如亥姆霍兹，达朗贝尔等方程）在不同惯性系下形式不同，这一现象应当怎样解释？经过几十年的探索，在1905年终于由爱因斯坦创建了狭义相对论。

相对论是一个时空理论，要理解狭义相对论时空理论先要了解经典时空理论的内容。

爱因斯坦意识到伽利略变换实际上是牛顿经典时空观的体现，如果承认“真空光速独立于参考系”这一实验事实为基本原理，可以建立起一种新的时空观（相对论时空观）。

在这一时空观下，由相对性原理即可导出洛伦兹变换。

1905年，爱因斯坦发表论文《论动体的电动力学》，建立狭义相对论，成功描述了在亚光速领域宏观物体的运动。

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 ________

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人教版高中物理选修3-4 1广义相对论简介
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。
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
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
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
5.宇宙的其他地方对于地球上发生的任何事物根本不在乎。绕着太阳公转的行星的运动似乎最终会变成混沌，尽管其时间尺度很长。这表明随着时间流逝，任何预言的误差将越来越大。在一段时间之后，就不可能预言运动的细节。 6.太阳和其他恒星绕着银河系的运动，以及银河系绕着其局部星系团的运动也是混沌的。我们观测到，其他星系正离开我们运动而去，而且它们离开我们越远，就离开得越快。这意味着我们周围的宇宙正在膨胀：不同星系间的距离随时间而增加。 7.中国这块大地上，存在过许多民族。这许多民族，不管是共时态存在还是历时态存在，均可以寻到某种内在的关系。族与族之间的关系有两种：一为血缘性；另为社会性。民族之间不只是存在着血缘性的关系，也还存在社会性的关系，其中最主要是文化关系。 8.目前，虽然“大众创业、万众创新 ”的热潮已遍及全国，很多有志青年步入创业大军，但大学生创业成功率低仍是一个不争的事实。可以说，我国大学生创业还处于起步阶段，真正实现大学生从入学到毕业、从毕业到创业，仍需要全方位、多角度、系统化的理念和实践支撑，需要更多的社会力量去思考、探索。因此，要想创业成功，仅仅具有迎难而上的勇气是不够的。
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
“－”号表示惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反。
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。
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。
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。
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广义相对论的成就
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了主要作用。
人教版高中物理选修3-4 1广义相对论简介
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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。
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
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。
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
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。
各
宇宙中有一类恒星，体
类
积很小，质量却很大，
星
叫做矮星，引力势比地
体
球低的多。
对
比
时间间隔和引力场有关
引Байду номын сангаас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
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。
人教版高中物理选修3-4 1广义相对论简介
欧几里得几何学
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。
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3.人们可以在五天之内作相当准确的天气预报，但是要做更长远得多的天气预报，就既需要大气现状的准确知识，又需要一种不可逾越的复杂计算。我们除了给出季度平均值以外，没有办法对六个月以后做具体的天气预报。 4.我们还知道制约化学和生物的基本定律，这样在原则上，我们应能确定大脑如何工作。但是制约大脑的方程几乎肯定具有混沌行为，初始态的非常小的改变会导致非常不同的结果。这样，尽管我们知道制约人类行为的方程，但在实际上我们不能预言它。
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
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
广义相对论与几何学
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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。
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总结
广义相对性原理和等效原理
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：
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。
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
人教版高中物理选修3-4 1广义相对论简介
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1.即便我们知道了制约宇宙的有关定律，我们仍然不能利用它们去预言遥远的未来。这是因为物理方程的解会呈现出一种称作混沌的性质。这表明方程可能是不稳定的：在某一时刻对系统作非常微小的改变，系统的未来行为很快会变得完全不同. 2.在不稳定或混沌的系统中，一般地存在一个时间尺度，初始状态下的小改变在这个时间尺度将增长到两倍。在地球大气的情形下，这个时间尺度是五天的数量级，大约为空气绕地球吹一圈的时间。