高二物理人教版選修3-4同課異構(gòu)課件15.4 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介

1、第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 第四節(jié) 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介 人教版選修人教版選修3-4 復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 一、狹義相對(duì)論的兩點(diǎn)假設(shè)：一、狹義相對(duì)論的兩點(diǎn)假設(shè)： 1 1、狹義相對(duì)性原理、狹義相對(duì)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 都是相同的都是相同的 2 2、光速不變?cè)?、光速不變?cè)?真空中的光速真空中的光速在不同的慣性參考系中在不同的慣性參考系中 是是相同相同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)的，光速與光源、觀察者間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。 二、由狹義相對(duì)論推出的幾個(gè)結(jié)論二、由狹義相對(duì)論推出的幾個(gè)結(jié)論 1 1、“同時(shí)同時(shí)”的相對(duì)性的相對(duì)性 2 2、動(dòng)尺變短、動(dòng)尺變短

2、3 3、動(dòng)鐘變慢、動(dòng)鐘變慢 4 4、速度變換公式、速度變換公式 2 1 c vu vu u 2 0 1 c v t t 2 0 1 c v ll 5 5、相對(duì)論質(zhì)量、相對(duì)論質(zhì)量 6 6、質(zhì)能方程、質(zhì)能方程 2 mcE 2 0 1 c v m m 閱讀思考題閱讀思考題 1 1、狹義相對(duì)論遇到哪兩個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題？、狹義相對(duì)論遇到哪兩個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題？ 2 2、廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理是什么？、廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理是什么？ 與狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)有什么不同？與狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)有什么不同？ 3 3、根據(jù)廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以導(dǎo)、根據(jù)廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以導(dǎo) 出那些重要結(jié)論？出那些

3、重要結(jié)論？ 一、超越狹義相對(duì)論的思考一、超越狹義相對(duì)論的思考 愛(ài)因斯坦思考狹義相對(duì)論無(wú)法解決的愛(ài)因斯坦思考狹義相對(duì)論無(wú)法解決的 兩個(gè)問(wèn)題：兩個(gè)問(wèn)題： 1 1、引力問(wèn)題、引力問(wèn)題 萬(wàn)有引力定律無(wú)法納人狹義相對(duì)論的萬(wàn)有引力定律無(wú)法納人狹義相對(duì)論的 理論框架；理論框架； 2 2、非慣性系問(wèn)題、非慣性系問(wèn)題 狹義相對(duì)論只適用于慣性系，為什么狹義相對(duì)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(duì)論無(wú)慣性系具有這樣的地位？狹義相對(duì)論無(wú) 法解釋法解釋 二、廣義相對(duì)性原理和等效原理二、廣義相對(duì)性原理和等效原理 1 1、廣義相對(duì)性原理：、廣義相對(duì)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

4、系中，物理規(guī)律都是相同的。 伽利略相對(duì)性原理伽利略相對(duì)性原理 力學(xué)規(guī)律力學(xué)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(ài)因斯坦狹義相對(duì)性原理愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)性原理(1905(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)律都有都有 是是相同相同的；的； 愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論原理（愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論原理（19161916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)律都都 是是相同相同的，稱為廣義相對(duì)性原理。的，稱為廣義相對(duì)性原理。 2 2、等效原理：、等效原理： 一個(gè)一個(gè)均勻均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做的引力場(chǎng)

5、與一個(gè)做勻勻 加速加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。 三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論 1 1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲 如果飛船做勻速直如果飛船做勻速直 線運(yùn)動(dòng)，船上觀察者記線運(yùn)動(dòng)，船上觀察者記 錄下的光的徑跡是一條錄下的光的徑跡是一條 直線（虛線）直線（虛線） 飛船外觀察者看到飛船外觀察者看到 這束光是直線傳播的這束光是直線傳播的 （水平向右）（水平向右） 三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論 1 1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲 如果飛船做勻加速運(yùn)如果飛船做勻加速運(yùn) 動(dòng)，在光向右傳播的同時(shí)，動(dòng)，在光向右傳播

6、的同時(shí)， 飛的速度也在不斷增大，因飛的速度也在不斷增大，因 此船上觀察者記錄下的光的此船上觀察者記錄下的光的 徑跡是一條拋物線。徑跡是一條拋物線。 通常物體的引力場(chǎng)都太弱，通常物體的引力場(chǎng)都太弱，2020 世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的 光線彎曲光線彎曲 由于太陽(yáng)由于太陽(yáng) 引力場(chǎng)的作引力場(chǎng)的作 用，我們有用，我們有 可能觀測(cè)到可能觀測(cè)到 太陽(yáng)后面的太陽(yáng)后面的 恒星，最好恒星，最好 的觀測(cè)時(shí)間的觀測(cè)時(shí)間 是發(fā)生日全是發(fā)生日全 食的時(shí)候食的時(shí)候 19191919年年5 5月月2929日，發(fā)生日全食，英國(guó)日，發(fā)生日全食，英國(guó) 考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測(cè)，考察隊(duì)分赴

7、幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測(cè)， 證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，這是對(duì)廣義相證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，這是對(duì)廣義相 對(duì)論的最早證實(shí)對(duì)論的最早證實(shí) 透鏡效應(yīng)透鏡效應(yīng) 星球的強(qiáng)引力星球的強(qiáng)引力 場(chǎng)能使背后傳場(chǎng)能使背后傳 來(lái)的光線匯聚，來(lái)的光線匯聚， 這種現(xiàn)象叫做這種現(xiàn)象叫做 引力透鏡效引力透鏡效 應(yīng)應(yīng) 宇宙中很可能存在黑洞，它不宇宙中很可能存在黑洞，它不 輻射電磁波，因此無(wú)法直接觀測(cè)，輻射電磁波，因此無(wú)法直接觀測(cè)， 但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使 其附近產(chǎn)生極強(qiáng)的引力場(chǎng)，引力透其附近產(chǎn)生極強(qiáng)的引力場(chǎng)，引力透 鏡是探索黑洞的途徑之一鏡是探索黑洞的途徑之一 2 2、引力場(chǎng)的存在使得空間不同位

8、置的時(shí)間、引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間 進(jìn)程出現(xiàn)差別進(jìn)程出現(xiàn)差別 對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)，除對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)，除 了轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置外，各點(diǎn)都在做了轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置外，各點(diǎn)都在做 加速運(yùn)動(dòng)，越是靠近邊緣，加速加速運(yùn)動(dòng)，越是靠近邊緣，加速 度越大，方向指向盤(pán)心度越大，方向指向盤(pán)心 地面上看到：地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對(duì)越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對(duì) 論，靠近邊緣部位的時(shí)間進(jìn)程較慢論，靠近邊緣部位的時(shí)間進(jìn)程較慢 圓盤(pán)上的人認(rèn)為：圓盤(pán)上的人認(rèn)為：盤(pán)上存在引力場(chǎng)，方向由盤(pán)心指向邊緣，盤(pán)上存在引力場(chǎng)，方向由盤(pán)心指向邊緣， 靠近邊緣的位置引力勢(shì)較低，得出：引力勢(shì)較低的位置，時(shí)間靠近邊緣

9、的位置引力勢(shì)較低，得出：引力勢(shì)較低的位置，時(shí)間 進(jìn)程比較慢進(jìn)程比較慢 各各 類類 星星 體體 對(duì)對(duì) 比比 宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫 做矮星，引力勢(shì)比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)程做矮星，引力勢(shì)比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)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(lái)偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移光頻率低，看起來(lái)偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移 3 3、引力紅移、引力紅移 狹義、廣義相對(duì)論比較狹義、廣義相對(duì)論比較 狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論 不同的不同的慣性慣性

10、參考系中一參考系中一 切物理規(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(gè)均勻的一個(gè)均勻的 引力場(chǎng)與一個(gè)引力場(chǎng)與一個(gè) 做勻加速運(yùn)動(dòng)做勻加速運(yùn)動(dòng) 的參考系等價(jià)的參考系等價(jià) 更進(jìn)一步更進(jìn)一步 等等 效效 原原 理理 光光 速速 恒恒 定定 愛(ài)因斯愛(ài)因斯 坦相對(duì)坦相對(duì) 性原理性原理 廣廣 義義 相相 對(duì)對(duì) 性性 原原 理理 對(duì)于時(shí)空觀的認(rèn)識(shí)對(duì)于時(shí)空觀的認(rèn)識(shí) 物質(zhì)本身的存在決物質(zhì)本身的存在決 定時(shí)空的性質(zhì)定時(shí)空的性質(zhì) 時(shí)空性質(zhì)和物時(shí)空性質(zhì)和物 質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān) 狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論 慣性系平權(quán)慣性系平權(quán)所有參考系平權(quán)所有參考系平權(quán) 時(shí)時(shí) 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 （一）愛(ài)因斯坦的貢獻(xiàn)（一）愛(ài)因斯坦的貢獻(xiàn) （二）方興未艾的宇宙學(xué)（二）方興未艾的宇宙學(xué) （三）有趣的相對(duì)論佯謬（三）有趣的相對(duì)論佯謬 （四）黑洞的研究愛(ài)因斯坦與狹義相對(duì)論的建立