高二物理广义相对论1PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,广义相对论简介,general theory of relativity,1,.,广义相对论简介,general theory of relativity,爱因斯坦的思考,1,、非惯性系与惯性系 平权,?,2,、时空与物质 有关,?,突破,(,对惯性和引力的思考,),在引力场中，一个自由降落的参考系中，,人们无法感觉引力的存在！,g,引力场中,2,.,1,广义相对论的基本原理,一、等效原理,1,、惯性质量与引力质量,实验表明,定义,称 该场点的引力强度,引力场,奇迹,3,.,2,、惯性力与引力,自由空间加速电梯,引力场中静止的电梯,爱因斯坦假想实验一,比较,考察,相对观察者静止的物体的运动,运动规律相同,但各自分析的原因不同,惯性力,引力,惯性力与引力的力学效应相同,4,.,自由下降的参考系,等效,惯性系,引力场中某一时空,点自由下降电梯,远离引力场的自由空间,匀速运动的电梯,惯性力可以,“,抵消,”,引力,爱因斯坦假想实验二,结论：,5,.,在引力场中,的某一时空点,自由下落,的参考系,和,惯性系,等效,在这样两个参考系中得到的力学规律相同,远离引力 场的,自由空间,以该点的,引力强度,自由降落,局域等效,等效并非等同,结论,讨论,6,.,3,、广义相对论的等效原理,equivalence principle,局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效,或说：,在任何引力场中任一时空点，人们总可以,建立一个自由下落的局域参考系，在这一参考系中狭,义相对论所确立的物理规律全部有效。,4,、广义相对论的,局域,惯性系,狭义相对论成立的参考系 或引力为,0,的参考系,5,、广义相对论的惯性定律,在局惯系内,物体不受力,则维持原状态。,7,.,牛力的惯性定律与广义的惯性定律,表述相同,但含义不同,在引力场中,每个时空点的,邻域,可以建立若干个局惯系,同一点各局惯系作匀速运动,(,相互间可用洛仑兹变换,),不同时空点的局惯系间有,相对加速度,牛力：,惯性系是区域性的 各惯性系间无相对加速度,讨论,真实力,还包括“惯性力”,8,.,无限远 引力为,0,惯性系,g(r),引力场源,r,以该点的引力场强自由降落,可有多个 相对匀速运动,可用洛仑兹变换,一系列的,局惯系,图示局惯系,9,.,二、广义相对性原理,principle of general covariance(,广义协变性原理,),物理规律在一切参考系中形式相同,小结,广义相对论基本原理,1),等效原理,2),相对性原理,3),马赫原理,Mach principle,时空性质由物质及其运动所决定,10,.,2),引力作用几何化,时空的几何结构,的启示,本课介绍：,引力场,时空,的基本概念,广义相对论的,理论框架,1),物理规律中引入引力作用,等效原理 加速度,引力,广义相对论是关于引力的理论,弱引力场,狭义,低速,牛顿,11,.,2,引力场的时空弯曲,一、弯曲空间的概念,平面,是二维平直空间,测地线是弧线,由测量判定空间,测地线是直线,球面,是二维弯曲空间,测地线,两点间的极值线,12,.,测地线,测量结果,内角和,圆周长,圆周率,=,圆周率,13,.,二、引力场的空间弯曲,以爱因斯坦转盘为例说明,在此，我们涉及两个惯性系：,系：即实验室系,系：与盘边缘,点相连的局惯系,研究的问题：,测量一段弧的长度及圆周长,14,.,根据等效原理 转动参考系等效为引力场 引力场强是,注意到,由洛仑兹变换 可得,结论,引力场中空间弯曲,愈强弯曲愈烈,15,.,三、史瓦西场中固有时与真实距离,Schwarcchild field,1,、场的特征,相对静止的球对称分布的物质球外部的场,2,、,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,16,.,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,3,、标准时间 标准长度,无引力影响的时间和长度,标准钟,标准尺,在无引力的地方 有一系列的,完全一样的刚性微分尺 然后把它们分别放,到引力场中的各个时空点 称各地的标准尺,17,.,远离引力场处,无限远处引力为,0,平直空间,场各处引力不同,空间 时间各处不同,18,.,4,、引力场中的固有时与真实距离,S,系,-,史瓦西场,S,系,-,瞬时,静止在,S,系中,确定时空点,的局惯系,S,0,系,-,飞来局惯系 由无限远处,沿径向,自由飞到史瓦西场确定的时空点,S,S,0,S,r,无限远,19,.,原时,原长,S,S,系中的一只标准钟,S,0,系中先后与,C,相遇的两只钟,系的确定时空点处的,标准,钟,C,测得的是原时,设,S,0,同样 在确定的时空点的,标准尺,测的是原长,20,.,弱引力场牛顿近似 飞来惯性系,S,0,到达,r,处的速度由下式定出,S,v,S,0,21,.,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,4),时空与物质分布有关,r,处引力势,r,处的固有时,r,邻域的真实距离,2),双生子中谁年轻？,引力场愈强 钟愈慢,3),空间弯曲,引力场愈强 尺缩愈烈,讨论,22,.,四、史瓦西场和黑洞,如果引力源质量,M,很大 对应有关值,例,黑洞,视界半径,Black hole,无限缓慢,23,.,3,广义相对论的可观测效应,一、光的引力频移,处发光频率为,处接收到的频率为,频移,设,24,.,若太阳发光,引力红移,gravitational redshift,频移,25,.,二、光线的引力偏折,引力的作用,1),空间弯曲,2),光线偏离测地线,1919,年,5,月,29,日测,三、行星,(,水星,),近日点的旋进,雷达回波延迟效应,恒星光线受太阳引力偏折,理论：,26,.,谢 谢,作者：,刘凤英,陈惟蓉,制作：,刘凤英,秦联华,清华大学出版社,98.11,27,.,Gibco,胎牛血清,Gibco,胎牛血清,vzg91wcv,已经无法继续开店，也没有条件坚持等到十月以后了，只能现在就带着三个孩子过江南去另谋生路。希望张老乡携家眷来到汉口镇的时候，这里的情况已经有所好转。倘若在这里无法立足，也下江南来吧。如果苍天有眼，希望大家还能在江南再次相遇，共叙友情，云云。耿英把剩余的白面全部打成大饼，用包裹包好了放到箩筐内，作为父子四人路上吃的干粮。次日清晨，天气完全放晴了，但街道上大量尚未清理掉的厚淤泥踩上去仍然还有点儿陷脚。耿家父子四人饱餐一顿之后，先将剩余的粮油米面和锅碗瓢盆等规整好了放在箩筐内，再把所有的衣物被褥等打了大小三包，耿正将开店以来一直没有再拉的二胡用一块儿厚厚的布包好了别在最大的行李卷上。至于木床、桌子、水缸、铁炉子和橱柜什么的大家什儿是没有办法带的，只能是丢弃了。然后，父子四人把所有能够带着走的东西全部搬到楼外。耿老爹和耿英恋恋不舍地又返回店铺内转了一圈。耿老爹把称米面用的盘秤和秤砣拿起来看看，说：“这个以后也许还用得着呢，带上吧！”说罢，用扫把清理了一番，拿出来放到箩筐里。耿英拿下挂在抽屉拉环上的小铁锁，又用力拉开抽屉欲拿起销售账本再看看，但那个字迹早已模糊不清的账本，稍微一翻动就立刻变作支离破碎的纸片了。耿英轻轻叹一口气走出来拉上店门。锁店门的大铁锁也是耿老爹租赁下这座小二楼以后自己买的，于是，耿英也把这把大铁锁从门环上取下来拿在手里。然后，再细细看一遍爹爹贴的留言。耿直抬起头来问爹爹：“张伯伯能看到你写的留言吗？”耿老爹没有说话。耿正拍拍弟弟的肩膀说：“但愿张伯伯能够早点儿听到这儿遭水灾的消息，先不要来了。即使是两、三个月之后，这里的条件也好不到那里去。万一他们真的来了，全家人举目无亲的，可如何安身立命啊！”耿英看着爹爹留在店门上的一纸情真意切的留言，满怀深情地说：“真想再见到张伯伯啊！”想一想，耿英又推开店门走进店内，确认后门已经关上了，这才又走出店门。由于房东原来用的那两把旧铁锁一直搁在店铺里边的窗台上，父子们前两日在清理窗台上的淤泥时已经都给扔掉了，耿英就用手里的这把大铁锁锁上了店门。耿直不解，嘟哝了一句：“姐姐还锁门干啥呢？以后没有人住了。”耿正说：“还是锁上的好，免得这无主的房子过早地荒废了。那样，即使两、三个月以后张伯伯真得来了，也不太可能看到咱爹写的留言了。”耿老爹赞许地点点头没有说话。然后，父子们仰头望望二楼上紧闭着的窗户，看一眼已经没有了院墙和院门的小后院儿，痛心地想一想为父子们南下立足而立下了汗马功劳的老朋友,那只高大的黑灰色毛驴和它拉的那挂再熟悉不过的平板车，一阵说不上来的悲切感一,28,.,