選修3415相對(duì)論簡介課件1市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

金太陽教育第三節(jié)廣義相對(duì)論初步第1頁第1頁相對(duì)論簡介

19世紀(jì)后半葉，關(guān)于電磁場研究不斷進(jìn)一步，人們結(jié)識(shí)到了光電磁本質(zhì)．我們已經(jīng)知道，電磁波是以巨大且有限速度傳播，因此在電磁場研究中不斷碰到一些矛盾，這些矛盾造成了相對(duì)論出現(xiàn)．相對(duì)論不但給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循規(guī)律，并且改變了我們對(duì)于時(shí)間和空間結(jié)識(shí)，它建立在物理學(xué)和哲學(xué)發(fā)展史上樹立了一座主要里程碑．第2頁第2頁假如在一個(gè)參考系中牛頓定律能夠成立，這個(gè)參考系稱作慣性參考系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能成立參考系則是非慣性參考系．在不同參考系中觀測物體運(yùn)動(dòng)情況非慣性系和慣性系第3頁第3頁非慣性系和慣性系以車廂為參考系，當(dāng)列車加速運(yùn)營時(shí)，小球會(huì)相對(duì)于車廂加速向后運(yùn)動(dòng)．光滑表面第4頁第4頁非慣性系和慣性系加速運(yùn)動(dòng)列車是個(gè)非慣性參考系為了讓牛頓定律在非慣性系中能夠成立，引入慣性力．光滑表面第5頁第5頁非慣性系和慣性系牛頓第二定律表示式慣性力定義式“－”號(hào)表示慣性力方向與非慣性系加速度方向相反．注意不要混淆第6頁第6頁非慣性系和慣性系以加速上升電梯為參考系，我們能夠認(rèn)為乘坐電梯人除了受到重力作用，還受到一個(gè)向下慣性力，重力和慣性力合力使人感受到了超重．第7頁第7頁21世紀(jì)，人類在空間站中長期生活，為了克服失重帶來不利影響，能夠?qū)⒖臻g站設(shè)計(jì)成一個(gè)大轉(zhuǎn)輪，繞軸自轉(zhuǎn)，其上各點(diǎn)都有一個(gè)指向轉(zhuǎn)動(dòng)軸向心加速度，因此，以空間站為參考系，與它一起旋轉(zhuǎn)物體都受到一個(gè)背離轉(zhuǎn)動(dòng)軸慣性力，這就是所謂人造重力．非慣性系和慣性系第8頁第8頁慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量地面靜止加速飛行引力和慣性力都能夠使物體加速下落引力質(zhì)量慣性質(zhì)量第9頁第9頁廣義相對(duì)論簡介牛頓第二定律表示式慣性力定義式“－”號(hào)表示慣性力方向與非慣性系加速度方向相反．注意不要混淆“m”應(yīng)當(dāng)叫做慣性質(zhì)量．第10頁第10頁慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量事實(shí)上，到當(dāng)前為止一切試驗(yàn)研究都沒有找到慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量之間差別，這向我們提醒：加速運(yùn)動(dòng)參考系和萬有引力，兩者之間也許存在某種深刻聯(lián)系．第11頁第11頁廣義相對(duì)論簡介狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論不同慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同真空中光速在不同慣性參考系中都是相等一個(gè)均勻引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)參考系等價(jià)更進(jìn)一步等效原理光速恒定愛因斯坦相對(duì)性原理廣義相對(duì)性原理第12頁第12頁廣義相對(duì)論兩個(gè)基本原理能夠得出一些意想不到結(jié)論．廣義相對(duì)論簡介第13頁第13頁廣義相對(duì)論簡介在一個(gè)引力能夠忽略宇宙空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，船上觀測者統(tǒng)計(jì)光徑跡是一條拋物線．半透明屏光源等效原理物體引力能使光線彎曲假設(shè)飛船靜止，而在船尾存在一個(gè)巨大物體，在它引力場作用下，飛船內(nèi)物理過程受到影響．第14頁第14頁廣義相對(duì)論簡介通常物體引力場都太弱，20世紀(jì)只能觀測到太陽引力場引起光線彎曲．太陽

由于太陽引力場作用，我們有也許觀測到太陽后面恒星，最好觀測時(shí)間是發(fā)生日全食時(shí)候．195月29日，發(fā)生日全食，英國考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測，證實(shí)了愛因斯坦預(yù)言，這是對(duì)相對(duì)論最早證實(shí)．第15頁第15頁廣義相對(duì)論簡介星球強(qiáng)引力場能使背后傳來光線匯聚，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng)．星體星體無法觀測黑洞宇宙中很也許存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無法直接觀測，但是它巨大質(zhì)量和極小體積使其附近產(chǎn)生極強(qiáng)引力場，引力透鏡是摸索黑洞路徑之一．第16頁第16頁時(shí)間間隔與引力場相關(guān)引力場存在使得空間不同位置時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差異．

對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，除了轉(zhuǎn)動(dòng)軸位置外，各點(diǎn)都在做加速運(yùn)動(dòng)，越是靠近邊沿，加速度越大，方向指向盤心．

地面上看到：越是靠近邊沿，速度越大．依據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊沿部位時(shí)間進(jìn)程較慢．

圓盤上人認(rèn)為：盤上存在引力場，方向由盤心指向邊沿，引力勢較低，得出：引力勢較低位置，時(shí)間進(jìn)程比較慢．第17頁第17頁各類星體對(duì)比宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢比地球低多，矮星表面時(shí)間進(jìn)程比較慢，哪里發(fā)光頻率比同種原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移．時(shí)間間隔與引力場相關(guān)第18頁第18頁引力場存在使得空間不同位置桿長度出現(xiàn)了差異．

地面上看到：越是靠近邊沿，速度越大．依據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊沿部位桿長度較短．

圓盤上人認(rèn)為：引力勢較低位置，桿長度越短．桿長度與引力場相關(guān)引力勢由高到低改變第19頁第19頁桿長度與引力場相關(guān)由于物質(zhì)存在，實(shí)際空間并不是均勻，空間發(fā)生了“彎曲”：點(diǎn)擊觀看第20頁第20頁對(duì)于時(shí)空觀結(jié)識(shí)物質(zhì)本身存在決定期空性質(zhì)時(shí)空性質(zhì)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)相關(guān)狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論慣性系平權(quán)所有參考系平權(quán)時(shí)空觀光速恒定等效原理第21頁第21頁廣義相對(duì)論與幾何學(xué)幾何學(xué)反應(yīng)是人對(duì)空間關(guān)系結(jié)識(shí)．有史以來人們只在比較小空間尺度中接觸比較弱引力場．這種情況下空間彎曲能夠忽略，在此基礎(chǔ)上人類發(fā)