《大学物理学电子教案》第章广义相对论
大学物理 广义相对论简介
1919年5月29日测
1.98 0.16 1.61 0.40
人眼位置
2.引力时间延缓
固有时与真实距离 某处的固有时
由静止在该处的标准钟测得的时间间隔 某处真实距离
由静止在该处的标准尺测得的空间间隔
刚性微分尺
标准时间 标准长度 无引力影响的时间和长度
标准钟 在无引力的地方, 有一系列的走时 完全一样的钟,然后把它们分别放到引力场中的 各个时空点,称各地的标准钟.
1
2GM c2r
1 2cG2Mr 0
引力 红移效应
红移z定义
z
0
0 0
1
2GM c2R
1
GM c2r
1
(1
1 2
2GM c2R
dr
r邻域的运动长度
讨论 1) 爱因斯坦假设-- 钟和尺的性形只与速
度有关 与加速度无关
2)双生子中谁年轻？
r 处引力势 GM r
引力场愈强 钟愈慢
3)空间弯曲
引力场愈强 尺缩愈烈
4) 时空与物质分布有关
光的引力红移
从星球表面r=R处发出固有周期 T0 T 的光子, 我们从远处看的周期 T
T
T0
由测量判定空间
球面 是二维弯曲空间 测地线是弧线
R
R
测地线
两点间的极值线
测量结果
内角和
R
圆周长 2 R
圆周率 =
P < 2 R
Q
R
测地线
BC
A
>
圆周率
四、广义相对论的可观测效应 1.引力使光线偏转
恒星 恒星虚像
引力的作用 1)空间弯曲
2)光线偏离测地线
理论上：
大学物理学PPT
目录
第1章-质点运动学
第2章-1牛顿定律
第6章-导体和介质
第7章-1恒定磁场
第13章-狭义相对论
第14章-广义相对论
第2章-2动量守恒定律
第2章-3能量守恒定律 第3章-1刚体
第7章-2恒定磁场
第8章-电磁感应 第9章-热力学 第10章-气体动理论 第11章-几何光学 第12章-1波动光学 第12章-2波动光学
大学物理学电子教案
毛骏健 鲍鸿吉 主编 / 同济大学 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
使用说明
本电子教案是用Microsoft Office中的PowerPoint 应用程序制作而成。在所有安装了Microsoft Office应用程序，并能够运行自如的计算机上都 能够操作使用。 本电子教案共分十八章，其内容由25个PPT文件 组成。大部分内容是以章为单位建立一个独立的 PPT文件；少数内容较多的章节被拆分为两个或 三个PPT文件。 使用时，可以由两种不同的方法打开文件： 1. 直接打开相应章节的PPT文件； 2. 在电子教案的目录中点击相应的章节。
物理、粒子物理简介、固体物理组成。
前言
本电子出版物是与毛骏健、顾牡主编的《大学物
理学》主教材配套的电子教案，其内容涵盖了一 般大学本科非物理专业普通物理学教学的全部基 本知识点，符合教育部最新制定的“理工科非物 理专业大学物理课程教学基本要求”。其中的章 与节完全按照主教材的顺序编排。 本课件层次清晰、界面设计及色彩搭配美观，操 作简便，设计规范。配合讲解，穿插了大量的彩 色图形和丰富的例题。许多插图采用了PPT绘图 工具绘制出了动态的演示图，使讲解更清晰、更 明了。
第15章-1量子物理
第15章-2量子物理 第16章-原子核物理 第17章-粒子物理简介 第18章-固体物理
《大学物理学》吴百诗电子教案 大学物理电子教案
3.多媒体教学信息量大，传递速度快，用本软件授课时， 应熟悉播放顺序，注意控制播放速度，使学生有充足的 考时间.
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顾 问： 吴百诗 主 编： 张孝林 副 主 编： 罗春荣 编写制作：
（上册） 侯建平 （中册） 刘丹东 （下册） 刘 萍 美术设计： 李普选 责任编辑： 庞永江
田蓬勃
郑建邦 徐忠锋 张孝林
罗春荣 田蓬勃 徐忠锋
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西安交通大学、西北工业大学大学物理 《电子教案》编写制作组
（2006年元月）
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目录
大学物理电子教案
第13章 机械波
第14章 几何光学
第15章 波动光学 第16章 量子物理基础 第17章 原子核和粒子物理简介 使用说明
制作群体
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使用说明
1.本电子教案以吴百诗教授主编的《大学物理》教材（高 等教育出版社出版）为蓝本，章节划分与之完全对应； 适用于大学本科非物理专业物理课程的多媒体教学, 也 可作为学生课后自学的参考软件.
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
目录
第 1 章 质点运动学 第 2 章 质点动力学 第 3 章 刚体力学基础 第 4 章 狭义相对论基础 第 5 章 气体动理论 第 6 章 热力学基础
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大学物理电子教案
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大学物理广义相对论
其中 m 反映物体产生和接受引力的性质：引力质量
F ( r ) ma ( r )
其中 m 反映物体惯性的大小：惯性质量
地球以引力吸引石块而对其惯性质量毫无所知， 地球的“召唤”力与引力质量有关，而石块“回答” 的运动则与惯性质量有关。
代
落体
单摆 扭秤 扭秤
1610
1680 1890-1915 1964
2 10 3
1 10 3
3 10 9
1 10 11
布拉金斯基等
扭秤
1971
9 1013
2)等效原理——揭示引力场与惯性力场的内在联系
爱因斯坦理想实验之一 在封闭火箭中考 查小球的运动
a g
自由空间加速火箭 (a g )
引力场中静止的火箭 ( F引 mg )
非 惯 性 系
F惯
F引
惯 性 系
小球在无引力场的加速参 考系和有引力场的惯性系 中的运动规律相同，无法 区分。 结论：惯性力和引力等效； 惯性力场与同方向引力场 等效。
爱因斯坦理想实验之二
实验结果：在引力场中同一点，一切物体有相同的 加速度 a A aB
m A引 m B引 即 k 恒量 m A惯 m B惯
适当选取单位制： k 1 得
m引 m惯
( m惯 m引 ) / m惯
证明引力质量与惯性质量相等的实验结果
实验者 伽利略
牛顿 厄阜等 迪克等
实 验
年
判断空间是否弯曲的方法：测圆周长与直径的比
C
D
平面
C D
凸面
C D
凹面
C D
大学物理相对论教案
课时：2课时教学目标：1. 了解相对论的基本概念和原理，包括狭义相对论和广义相对论。
2. 掌握相对论中的长度收缩、时间膨胀、相对论性动量和能量等基本概念。
3. 能够运用相对论的知识解决实际问题。
教学重点：1. 相对论的基本概念和原理。
2. 长度收缩、时间膨胀、相对论性动量和能量等基本概念。
教学难点：1. 相对论中时间膨胀和长度收缩的理解。
2. 相对论性动量和能量的计算。
教学过程：第一课时：一、导入1. 提问：什么是相对论？相对论有哪些主要内容？2. 回答：相对论是研究物体在高速运动时的物理现象和规律的学科。
相对论包括狭义相对论和广义相对论。
二、讲授新课1. 狭义相对论原理- 狭义相对性原理：一切物理规律在所有惯性系中都具有相同的数学形式。
- 光速不变原理：在所有惯性系中，真空中的光速为c。
2. 洛伦兹变换- 坐标变换式：\(x' = \frac{x - vt}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\)，\(y' = y\)，\(z' = z\)，\(t' = \frac{t - \frac{vx}{c^2}}{\sqrt{1 -\frac{v^2}{c^2}}}\)- 长度收缩：\(L' = L\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}\)- 时间膨胀：\(t' = \frac{t}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\)3. 相对论性动量和能量- 相对论动量：\(p = \frac{mv}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\)- 相对论能量：\(E = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\)三、课堂练习1. 计算在速度为0.6c的参考系中，长度为10m的物体在静止参考系中的长度。
2. 计算在速度为0.8c的参考系中，时间间隔为2s的事件在静止参考系中的时间间隔。
大学物理学电子教案课件
大学物理学电子教案课件第一章：引言1.1 课程介绍理解大学物理学的地位和作用掌握物理学的基本概念和研究方法1.2 物理学的发展历程了解物理学的历史背景和发展趋势认识著名物理学家及其主要贡献1.3 物理学与科学素质培养理解物理学对培养科学素质的重要性培养观察、思考、实验和解决问题的能力第二章：力学2.1 牛顿运动定律掌握惯性、加速度、力等基本概念理解牛顿运动定律的内容及应用2.2 动量与冲量理解动量、冲量的概念及其守恒定律掌握动量定理和动量守恒定律的应用2.3 能量守恒与转化掌握能量、功、能级等基本概念理解能量守恒定律和能量转化与守恒的应用第三章：热学3.1 温度的概念与量度理解温度的定义和量度方法掌握热力学温标和摄氏温标的关系3.2 热量与热传递理解热量、热传递的概念和方式掌握热量守恒定律和热传递的应用3.3 热力学定律理解热力学第一定律和第二定律掌握热力学定律的应用和能量转化与守恒的关系第四章：波动与振动4.1 波的基本概念理解波的定义、分类和传播方式掌握波的周期、频率、波长等基本参数4.2 机械波的传播理解机械波的产生和传播原理掌握机械波的叠加原理和反射、折射现象4.3 振动的基本概念理解振动的概念和分类掌握简谐振动的特点和振动方程的求解第五章：电磁学5.1 静电场掌握静电荷、静电场的基本概念理解库仑定律和电场强度、电势等基本物理量5.2 电流与磁场理解电流、磁场的概念和关系掌握安培定律和法拉第电磁感应定律5.3 电磁波理解电磁波的产生和传播原理掌握电磁波的波动方程和电磁波谱的基本知识第六章：光学6.1 光的传播与折射理解光的传播方式及折射现象掌握折射定律和透镜的成像规律6.2 光的波动性与干涉理解光的波动性及其干涉现象掌握双缝干涉和单缝衍射的原理及应用6.3 光的粒子性与光谱理解光的粒子性及其光谱现象掌握光的吸收、发射光谱及其应用第七章：量子力学7.1 量子概念的引入理解黑体辐射和经典理论的局限性掌握普朗克量子化和波粒二象性7.2 量子态与量子运算理解量子态的叠加和测量掌握量子比特和量子门的的基本概念7.3 量子纠缠与量子信息理解量子纠缠和非定域性掌握量子纠缠的验证和量子信息的基本原理第八章：原子物理8.1 原子结构理解原子的核式结构及其电子分布掌握泡利不相容原理和原子的能级结构8.2 原子光谱与激光理解原子光谱的产生和特征掌握激光的原理和应用8.3 原子核物理理解原子核的结构和稳定性掌握核反应和核裂变、核聚变的基本原理第九章：固体物理9.1 晶体的结构与性质理解晶体的点阵结构和空间群掌握晶体的物理性质及其相关计算9.2 电子态与能带理论理解电子态和能带的概念掌握能带理论及其在半导体物理中的应用9.3 固体材料的热电性质理解热电效应和热电材料的基本原理掌握热电材料的制备和应用第十章：现代物理专题10.1 相对论理解狭义相对论和广义相对论的基本原理掌握时空相对性和引力理论10.2 粒子物理与宇宙学理解粒子物理的基本粒子和标准模型掌握宇宙的大爆炸理论和宇宙学原理10.3 凝聚态物理与纳米技术理解凝聚态物理的基本现象和纳米材料的性质掌握纳米技术的制备和应用重点和难点解析1. 第一章引言部分，学生需要理解物理学在科学体系中的地位，以及物理学研究方法对培养科学素质的重要性。
大学物理电子教案之第1章物理学导论
第1章物理学导论中国自古就有一个美丽的传说——嫦娥奔月，多少年来，多少代中国人孜孜不倦地探求，终于神话变成了现实。
2003年10月，由宇航员杨利伟（1965- ）驾驶神州5号飞船，环绕地球14圈，圆了中国人的千年飞天梦。
从意大利航海家哥伦布（c.colombo,1446-1506）的帆船航海，到美国莱特兄弟的飞机上天，直至今天的宇宙飞船漫游天际，人类就象插上了翅膀，在浩瀚的宇宙间翱翔。
回首过去，我们不禁感叹，世界变化得多么快！我们不禁要问，谁使我们这个世界变化得这么快？这就是现代科学技术，是现代科学的基础——物理学！1.1 物理学的形成与发展本节我们将沿着物理学发展的历程，介绍经典物理学的建立过程，以及20世纪物理学的革命，使大家对物理学的理论体系、研究方法及其作用有一个初步的了解。
1.1.1 从自然哲学到物理学物理学的前身称为自然哲学。
早期的物理学含义非常广泛，它在直觉经验基础上探寻一切自然现象的哲理。
中国作为发明指南针、火药、造纸和印刷术的文明古国，在哲学思考上很有特色。
我国春秋战国时代的《墨经》是一本最古老的科学书籍，里面记载了许多关于自然科学问题的研究。
其中有一句话：“力，刑之所以奋也。
”“刑”即“形”，可解释为“物体”，“奋”可解释为“运动的加速”，这与牛顿第二定律（F=m a）有一定的联系。
书中并载有万物都是由“不可斫”的“端”即“点”所构成。
（斫，zhuo,用刀斧砍的意思。
）与差不多同时的希腊“原子”说，是世界上关于物质组成问题的最早文字记载。
但是这些观察和分析，仅仅是定性的，没有系统化、定量化。
公元前7―前6世纪，古希腊文化进入一个繁荣时期，人才辈出。
其杰出的代表——亚里士多德（Aristoteles，公元前384―前322），这位百科全书式的学者，系统研究了运动、空间和时间等物理及相邻自然科学方面的问题，著有《物理学》、《力学问题》、《论天》及14本巨著《玄学》等书籍。
他的著作处于古希腊及整个中世纪自然哲学的皇冠地位，其中《物理学》一书，是physics一词最早的起源（虽然今天含义已不同了）。
大学物理课广义相对论教案
课时：2课时教学目标：1. 了解广义相对论的基本概念和原理；2. 掌握广义相对论的基本方程和物理意义；3. 通过实例分析，理解广义相对论在宇宙学中的应用。
教学重点：1. 广义相对论的基本方程和物理意义；2. 广义相对论在宇宙学中的应用。
教学难点：1. 广义相对论的基本方程的推导；2. 广义相对论在宇宙学中的应用。
教学过程：一、导入1. 引入宇宙学的研究背景，说明广义相对论在宇宙学中的重要性；2. 简要介绍广义相对论的基本概念和原理。
二、广义相对论的基本方程1. 介绍广义相对论的基本方程，包括度规张量、爱因斯坦场方程等；2. 推导广义相对论的基本方程，引导学生理解其物理意义。
三、广义相对论的应用1. 以黑洞为例，介绍广义相对论在黑洞研究中的应用；2. 以宇宙膨胀为例，介绍广义相对论在宇宙学研究中的应用。
四、实例分析1. 分析广义相对论在黑洞研究中的应用，如黑洞的引力红移、黑洞的蒸发等；2. 分析广义相对论在宇宙学研究中的应用，如宇宙膨胀、暗物质和暗能量等。
五、课堂小结1. 总结本节课的主要内容，强调广义相对论的基本方程和物理意义；2. 强调广义相对论在宇宙学中的应用。
六、课后作业1. 阅读相关教材，了解广义相对论的基本概念和原理；2. 分析广义相对论在黑洞和宇宙学研究中的应用，撰写一篇小论文。
教学反思：1. 在教学过程中，注重引导学生理解广义相对论的基本方程和物理意义，通过实例分析加深学生对广义相对论的理解；2. 注重培养学生的科学思维能力和创新能力，引导学生运用所学知识解决实际问题；3. 鼓励学生在课后进行自主学习，提高学生的综合素质。