高中物理第五章相对论第四节广义相对论第五节宇宙学简介宇宙学1省公开课一等奖新名师优质课获奖PPT课件.pptx

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,1/34,世界物理年徽标,2/34,3/34,伽利略这段描述说明：在相对于地面做匀速直线运动船舱里进行力学试验和观察，与地面上力学试验和观察，结果并没有差异这就是说，以相对于地面做,匀速直线运动,物体作为参考系，牛顿运动定律也是成立,4/34,牛顿运动定律成立参考系，称为,惯性参考系，简称惯性系,牛顿运动定律不成立参考系，,称为,非惯性系,5/34,（2）了解经典相对性原理,运动相对性,中国古代研究：尚书纬考灵曜,“地恒动而人不知，譬如闭舟而行不觉舟之运也。”,伽里略相对性原理,关于两种世界体系对话：“理想船试验”,伽里略速度变换公式：,牛顿力学不变性：,6/34,迈克尔逊-莫雷试验,试验原理图,试验干涉条纹,7/34,（4）知道狭义相对论两个基本假设,狭义相对论两个基本原理：,相对性原理,一切物理定律，在不一样惯性系中是相同,光速不变原理,光在真空中传输速度在不一样惯性系中测得数值都是相同,8/34,(1)“同时”相对性,情况1：对于运动火车上同时发生两个事件，对于地面就不是同时,讲解关键：在各个参考系中光速都为c,情况2：地面上同时发生两个事件，对于运动火车也不是同时（利用相对运动原理）,9/34,10/34,(2)长度相对性,-,v,车上人看到车厢长度：,车外人看到车厢长度：,11/34,(3)时间间隔相对性,在站台上看运动火车上钟,在火车上看运动站台上钟,12/34,相对速度与动钟延缓效应(=1s）,V（米/秒）,0.1c=310,7,0.5c,0.8c,0.9c,0.99c,0.999c,0.9998c,T(秒),1.01,1.15,1.67,2.29,7.1,22.4,50,13/34,(5)时空相对性试验验证,依据相对论，时间在运动中会进行比较迟缓，也就是说，在空间中高速移动时钟，比固定于地面上时钟走得慢,1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面基准钟对照试验结果与理论预言符合很好这是相对论第一次宏观验证,14/34,15/34,【教学提议】,狭义相对论其它三个结论,狭义相对论三个主要结论,相对论速度叠加公式,相对论质量,质能方程,16/34,(1)相对论速度叠加公式,v,车外人看到车上人相对地面速度为：,17/34,(2)相对论质量,物体运动速度不能无限增加，那么物体质量是否伴随速度而改变,？,严格论证表明，物体高速（与光速相比）运动时质量与它静止时质量之间有下面关系：,m,为运动质量,m,0,为静止质量,18/34,质速关系曲线,19/34,知识回顾：,微观粒子速度很高，它质量显著大于静止质量在研究制造盘旋加速器时必须考虑相对论效应影响,1988年，中国第一座高能粒子加速器北京正负电子对撞机首次对撞成功,20/34,物体能量和质量之间存在着某种联络：,物体能量和质量之间存在亲密联络，他们关系是：,爱因斯坦,（3）质能方程,这就是著名质能方程,21/34,质能方程表示了物体质量和它所含有能量之间关系.,物体动能,运动时能量,静止时能量,在,v c,时一个近似,这就是动能表示式,22/34,第五课时 广义相对论介绍,23/34,(1)超越狭义相对论思索,介绍爱因斯坦思索狭义相对论无法处理两个问题：,第一个是引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论理论框架；,第二个是非惯性系问题，狭义相对论只适合用于惯性系。它们是促成广义相对论前提。,24/34,（2）广义相对论等效原理,在一个引力能够忽略宇宙空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，船上观察者统计光径迹是一条抛物线,半透明屏,光源,等效原理,引力场与匀加速参考系等价,假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大物体，在它引力场作用下,光轨迹也是一条抛物线。,25/34,（3）广义相对论主要结论,通常物体引力场都太弱，20世纪只能观察到太阳引力场引发光线弯曲,太阳,因为太阳引力场作用，我们有可能观察到太阳后面恒星，最好观察时间是发生日全食时候,1919年5月29日，发生日全食，英国考查队分赴几内亚湾和巴西进行观察，证实了爱因斯坦预言，这是对相对论最早证实,广义相对论结论（1）光线弯曲,26/34,广义相对论结论（2）透镜效应,星球强引力场能使背后传来光线汇聚，这种现象叫做引力透镜效应,星体,星体,无法观察,黑洞,宇宙中很可能存在黑洞，它不辐射电磁波，所以无法直接观察，不过它巨大质量和极小体积使其附近产生极强引力场，引力透镜是探索黑洞路径之一,27/34,广义相对论结论（3）,引力场影响时间,引力场存在使得空间不一样位置时间进程出现差异,对于高速转动圆盘，除了转动轴位置外，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,地面上看到：,越是靠近边缘，速度越大依据狭义相对论，靠近边缘部位时间进程较慢,圆盘上人认为：,盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，引力势较低，得出：引力势较低位置，时间进程比较慢,28/34,各类星体对比,宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫做矮星，引力势比地球低多，矮星表面时间进程比较慢，哪里发光频率比同种原子在地球上发光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移,广义相对论结论（4）,引力,红移,29/34,引力场存在使得空间不一样位置杆长度出现了差异,地面上看到：,越是靠近边缘，速度越大依据狭义相对论，靠近边缘部位杆长度较短,圆盘上人认为：,引力势较低位置，杆长度越短,广义相对论结论（5）,引力场影响长度,引力势由高到低改变,30/34,因为物质存在，实际空间并不是均匀，空间发生了“弯曲”：,点击观看,31/34,狭义、广义相对论比较,狭义相对论,广义相对论,不一样惯性参考系中一切物理规律都是相同,任何参考系（包含非惯性系）中物理规律都是相同,真空中光速在不一样惯性参考系中都是相等,一个均匀引力场与一个做匀加速运动参考系等价,更深入,等效原理,光速恒定,爱因斯坦相对性原理,广义相对性原理,32/34,对于时空观认识,物质本身存在决定时空性质,时空性质和物质运动相关,狭义相对论,广义相对论,惯性系平权,全部参考系平权,时空观,光速恒定,等效原理,33/34,二、教材概述,1、知识框架,34/34,