广义相对论简介-完整版获奖课件

1、4广义相对论简介学习目标1.了解广义相对论的基本原理。2.初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据。广义相对论简介1.超越狭义相对论的思考:爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题:(1)引力问题:万有引力理论无法纳入_的框架。(2)非惯性系问题:狭义相对论只适用于_。它们是促成广义相对论的前提。狭义相对论惯性参考系2.广义相对性原理和等效原理:(1)广义相对性原理:在任何参考系中,物理规律都是_的。(2)等效原理:一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系_。3.广义相对论的几个结论:(1)光线经过强引力场发生_。(2)引力红移:引力场的存在使得空间不同位置的_进程出现了差别。而使矮

2、星表面原子发光频率_。相同等价弯曲时间偏低【自我思悟】1.爱因斯坦提出狭义相对论后,为什么还要提出广义相对论?提示:爱因斯坦提出狭义相对论后,遇到了狭义相对论无法解决的两个问题:万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架;惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位。为了解决这两个问题,爱因斯坦又向前迈进了一大步,提出了广义相对论。2.怎样理解广义相对性原理?提示:广义相对性原理关键一点是适用于任何参考系。【盲区扫描】1.在牛顿力学中,物体的质量是保持不变的。2.在相对论力学中,物体静止时的质量最小。3.静止的物体也具有能量,称为静质能。4.E=mc2中能量E包括静质能E0和动能Ek,不是物体的内能。5.

3、狭义相对论只适用于惯性参考系。6.相对论力学中,物体的质量随物体的速度的增大而增大。7.引力场越强,相对论效应越明显,时钟变慢的效应越明显。广义相对论的几个结论 拓展延伸1.光线在引力场中弯曲:根据广义相对论,物质的引力会使光线弯曲,引力场越强,弯曲越厉害。通常物体的引力场都太弱,但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲。2.引力红移:按照广义相对论,引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。例如,在强引力的星球附近,时间进程会变慢,因此光振动会变慢,相应的光的波长变长、频率变小,光谱线会发生向红光一端移动的现象。广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测证实。还有其他一些事实也支持广义相对

4、论。目前,广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥了主要作用。【微思考】地球表面有引力,为什么说在地球表面均匀介质中光沿直线传播?提示:地球表面的引力场很弱,对光的传播方向影响很小,所以认为光沿直线传播。【题组通关】【示范题】在适当的时候,通过仪器可以观察到太阳后面的恒星,这说明恒星发出的光()A.经过太阳时发生了衍射B.可以穿透太阳及其他障碍物C.在太阳引力场作用下发生了弯曲D.经过太阳外的大气层时发生了折射【解题探究】(1)发生明显衍射现象的条件是什么?提示:障碍物的尺寸比光的波长小或相差不多。(2)光线是沿直线传播的,为什么能观察到太阳后面的恒星?提示:光线在引力场作用下发生了弯曲。

5、【规范解答】选C。根据爱因斯坦的广义相对论可知,光线在太阳引力场作用下发生了弯曲,所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星,故C正确,A、B、D均错。【通关1+1】1.(多选)以下说法中错误的是()A.矮星表面的引力很强B.时钟在引力场弱的地方比在引力场强的地方走得快些C.在引力场越弱的地方,物体长度越长D.在引力场强的地方,光谱线向绿端偏移【解析】选C、D。因矮星体积很小,质量却不小,所以矮星表面引力很强,故A正确;根据广义相对论的结论可知,引力场越强,时间进程越慢,物体长度越短,故B正确,C错误;在引力场强的地方,光谱线向红端偏移,称为“引力红移”,故D错误。2.(2

6、014徐州高二检测)设想有一艘飞船以v=0.8c的速度在地球上空飞行,如果这时从飞船上沿其运动方向抛出一物体,该物体相对于飞船的速度为0.9c,从地面上的人看来,物体的速度为()A.1.7cB.0.1cC.0.99cD.无法确定【解析】选C。根据相对论速度变换公式：u得u 0.99c，故选项C正确。【变式训练】(多选)下列说法中正确的是()A.在任何参考系中,物理规律都是相同的,这就是广义相对性原理B.在不同的参考系中,物理规律都是不同的,例如,牛顿运动定律仅适用于惯性参考系C.一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价,这就是著名的等效原理D.一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价

7、,这就是著名的等效原理【解析】选A、D。由广义相对性原理和等效原理的内容知A、D正确。【素养升华】广义相对论效应(1)光线在引力场中弯曲以及引力红移现象都是在引力场很强的情况下产生的效应。(2)光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象在我们的日常生活中仍然成立。 【资源平台】相对论速度变换公式的应用【示范题】设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行,5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问:(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动?(2)从飞船中的时钟来看,还有多少时间允许它离开航线,以避免与彗星碰撞。 【标准解答】这是一个相对论速度变换问题。取地球为S系,飞船为S系,向东为x轴正向,则S系相对S系的速度v=0.60c,彗星相对S系的速度u